Fizikai átviteli jellemzők és módszerek

Az átviteli közeg feladata, hogy bitfolyamokat szállítson egyik géptől a másikhoz. A számítógépeket hálózattá összekötő közeg igen sokféle lehet. Ebben a fejezetben ezeket a megvalósítási lehetőségeket szeretném bemutatni.
A fizikai közeg a jelek hordozója, fémvezeték, fényvezeték vagy a puszta "éter". Attól függően, hogy vezetékes, ill. vezeték nélküli átvitelmódról beszélünk. Átvivőközegen többet értünk, mint csupán jelek egyszerű hordozóját; a fizikai közegen kívül hozzászámítjuk még az átvitelben részt vevő egyéb elemeket, így pl. erősítőket, jelismétlőket, sugárzókat, kapcsolókat stb. is. Az átvitel történhet vonalszerűen, pl. vezeték, lézersugár; infravörös vagy mikrohullámú nyaláb útján, és történhet térben, irányítatlan rádióhullámmal.
Megkülönböztetünk strukturált és strukturálatlan átvivőközeget. Ez utóbbinak nincs belső szerkezete. Ilyen azoknak a rádióhálózatoknak az átvivőközege, amelyekben az állomások helye nem azonosítható, s az üzenetátvitelnek nincs meghatározott iránya. A strukturált átvivőközegben az üzenetek továbbítása vonalakon át történik, az állomásokat közvetlenül vagy kapcsolókon át vonalak fűzik össze. Az átvivőközeg tehát maga is hálózat. Korábban ezt nevezték az adathálózat alhálózatának.

Aktív és passzív eszközök

Tekintsük át, mit is jelent az aktív és a passzív eszközök fogalma. Egy jel megy a kábelen. Elérkezik egy eszközhöz, ami ezeket, a jeleket szétosztja. Ez az eszköz lehet aktív és passzív abból a szempontból, hogy a rajta átfolyó jelekkel mit csinál. Ha csak simán továbbadja/szétosztja, akkor passzív eszköz, mert nem csinál mást, mint továbbítja a bemenetén kapott jelet. Amennyiben ezen jeleket erősíti is, akkor már aktív. Jelerősítés akkor lehet fontos, ha a hálózat szegmense túl nagy ahhoz, hogy a jelek biztonságosan (jelveszteség nélkül) eljussanak a célállomásra. A jelvesztés akkor fordul elő, amikor túl hosszú a kábel a célállomás felé. Ilyen esetben van szükség erősítőre, jelismétlőre.

Hub (elosztó)

A hub a strukturált számítógép-hálózatok alapköve, nélküle nem lehetne a strukturált hálózatot kialakítani. Feladata a munkaállomások, szerverek és egyéb hálózati eszközök közti adatforgalom biztosítása. Csavart érpáras csillag topológiájú hálózatok esetén használnak az útvonal elosztására hub-okat, melyek meghatározott számú port-tal rendelkeznek. Három nagy csoportjuk létezik:
• passzív hub = nem végez jelismétlést, feladata az adattovábbítás.
• aktív hub= jelismétlést is végez.
• intelligens hub= feladata a csomagkapcsolás.
A hub egy doboz, rajta port-oknak nevezett, telefoncsatlakozókhoz nagyon hasonlító csatlakozó aljzatokkal. Minden port egy munkaállomástól, szervertől vagy egyéb hálózati egységtől érkező kábelt fogad. A hub-ok számos formában és méretben kaphatók: 4 port-ostól egészen a 124 port-osig. Ha a hub nagy (16 vagy még több port-ot tartalmaz) gyakran rack-be (tartóba) szerelhető kialakítású. Ez azt jelenti, hogy belőlük többet egy magas fémállványba csavarokkal rögzítenek, amely a hálózati eszközök elhelyezését és kábelezését is megkönnyíti.
A legtöbb hub "buta", amely azt jelenti, hogy a működésüket nem lehet felügyelni, önállóan működnek, csupán a hálózati forgalmat engedik át magukon, és ha hiba történik, akkor esetleg kijavítják. Ezzel szemben a felügyelhető hub-ok lehetővé teszik, hogy a rendszergazda távolról figyelemmel kísérje és konfigurálja, módosítsa a működésüket. Ezek a típusok használhatóak a hálózat hatékonyságának a növelésére olyan módon, hogy a rajtuk keresztül haladó forgalmat befolyásolhassák. Az SNMP (Simple Network Management Protocol = egyszerű hálózat felügyelő-kezelő protokoll) felhasználásával a rendszergazdák könnyen és rugalmasan tudják kezelni és elhárítani a hálózatban megjelenő hibákat. Ezen tulajdonságaik következtében az ilyen hub-ok jóval drágábbak egyszerűbb társaiknál.
Ha bővül a hálózat, akkor az eredetileg használt hub-okat kinőheti. Ekkor megoldásként a hub-ok összekötése kábellel valósul meg. A különböző gyártóktól származó hub-ok is összeköthetők, ha mindegyik azonos sebességen működik. Sajnos a hub-ok ilyen módon történő bővítésének korlátjai vannak. A szabványos Ethernet hub-ok csak maximum négy szintig köthetők össze. Ahol nem tudják biztosan, hogy fogják-e a hálózatot bővíteni, érdemesebb összefűzhető (stack-elhető) hub-ot alkalmazni. Az összefűzhető hub-ok annyiban térnek el a hagyományos hub-októl, hogy speciális összefűző kábelekkel köthetők össze. Mikor ezt kialakítják, az összekötésben lévő összes hub a hálózat felé egyetlen hub-ként viselkedik. Ebben az esetben fontos, hogy minden összekötendő hub azonos gyártótól származzon. Ez a megoldás a hálózatépítőknek széleskörű lehetőségeket biztosít.
A hub-okat tartalmazó hálózat mindig csavart érpáras kábelezésű. A csavart kábel a telefonkábelhez hasonlít, kivéve hogy 8 vezetéket tartalmaz a telefonkábel 4 vezetéke helyett. A kábelek végén RJ45-ös csatlakozó van. A kábel egyik végét bekötjük a hub portjába, a másik végét a munkaállomásba, vagy más hálózati eszközbe. A hub-okat a szerverrel vagy a munkaállomással összekötő csavart érpáras kábel neve egyenes kábel, mivel a kábel két végén lévő RJ45-ös csatlakozó két végpontjának azonos érintkezői vannak összekötve. Ezzel ellentétben, a fordítós kábeleket a hub-ok összeköttetésére használják. Ezekben a két végponti csatlakozó érintkezői ellentétesen vannak bekötve.

Hub

Bridge (híd)

Az adatkapcsolati réteg szintjén működik a bridge. Feladata az egyes hálózati részek forgalmának elválasztása. Amikor a bridge-t a hálózatba kapcsolják, a címeket rögtön tanulni kezdi és ezek után már önállóan végzi a forgalomirányítást. Minden bridge-ben van egy adatbázis, ami a MAC (Medium Acces Control = az adatkapcsolat réteg alrétege, amelyhez azok a protokollok tartoznak, amelyek a közeg használatának vezérléséért felelősek) címek elhelyezkedését adja meg. Amikor egy bridge bemenetén megjelenik egy keret, a híd kiolvassa a forrás- és célcímeket, majd ezeket a címeket kikeresi a forgalomirányítási táblájából és meghatározza, hogy melyik LAN-on helyezkedik el a célgép és a forrásgép.
Az ismétlőktől eltérően, amelyek egyszerű bitmásolást végeznek, a hidak tároló- és továbbító eszközök. Egy híd teljes kereteket vesz, és átadja az adatkapcsolati rétegnek, amely az ellenőrző összegét kontrollálja. Ezután a keret egy másik alhálózaton való továbbításra lekerül a fizikai rétegbe. A hidak végezhetnek apróbb változtatásokat a kereteken a továbbításuk előtt.
Mivel ez az eszköz a fizikai réteg felett dolgozik, ezért képes arra, hogy eltérő fizikai szegmenseket összekössön. A hidak két nagyobb csoportra oszthatók annak alapján, hogy honnan tudják eldönteni azt, hogy melyik cím melyik szegmensben van. Az első esetben a fentebb már leírt transzparens és tanuló módszer segítségével a híd figyeli a rajta átmenő adatforgalmat, majd egy listát (forgalomirányítási tábla) állít össze arról, hogy az adatcsomag melyik állomásról érkezett. Ebben az esetben a híd csak azon állomások címét veszi fel a listára, amelyik a hídra kötött szegmensben van. E probléma megoldására két lehetséges megoldás van:
• A hidak kommunikálnak és a listáik tartalmát kicserélik egymás között
• "körlevél" módszer, amely a hálózat indulásakor minden állomást felszólít, hogy azonosítsa magát, majd ezek alapján építi fel a listát.
A másik módszer a célcím forrásának meghatározására a forgalomirányítás, amikor az adatcsomag a teljes útvonalat tartalmazza. Az útvonalak feltérképezésére ebben az esetben az ún. "discovery packet"-et (felfedező csomag) alkalmazzák, amely bejárván a hálót feltérképezi a lehetséges útvonalakat.

Repeater (jelismétlő)

Az azonos típusú sínhálózatok egyszerű jelismétlőkkel kapcsolhatók össze nagyobb hálózattá. A jelismétlők a kábeleket úgy egyesítik, hogy az összetett hálózat minden állomásának jelét (üzenetét) egyidejűleg az összes állomás hallja. Sínrendszerről van szó, minthogy ez a megoldás elterjedten a busz topológiájú LAN-oknál használatos. Gyűrű topológia esetén minden állomás eleve jelismétlőként működik; fogadja az üzenetet és a szintjére visszaállított jelet küldi ki újra.
A jelismétlők a jelalak helyreállításán kívül semmi más feladatot nem végeznek. Ez az eszköz a protokoll fizikai szintjén működik, ezért csak a minden rétegében azonos felépítésű hálózatok összekötésére szolgál. A repeaterek három nagyobb csoportra oszthatók:
• sodrott érpáras repeaterek
• üvegszálas átviteli támogatók
• vékony Ethernet repeaterek

Switch (kapcsoló)

A switchek a bridge-ekhez hasonlítanak, csak annyiban térnek el egymástól, hogy a switch képes bármely két portját összekötni egymással a többi porttól teljesen függetlenül, ezáltal a maximális sávszélesség nem csökken. Továbbá a switch-eknek van egy vagy több nagysebességű portja is. A switch az az eszköz mely egy számítógép-hálózat strukturáltságát, szegmentálhatóságát hatékonyabbá teszi. A lokális hálózatok építőeleme, feladata sokrétű és esetenként igen összetett is lehet. Feladatai közé tartozik a hálózat szegmensei közötti kommunikáció biztosítása, a hálózat terheltségének csökkentése. Általános esetben portjaira hub-ok, nagy sebességű eszközök, optikai kábel csatlakozik. A switch a hálózat "intelligens" aktív eszközének is nevezhető.

Switch

Router (forgalomirányító)

A hálózatokban a forgalomirányító két fő feladatot lát el: meghatározza az elérési útvonalakat és továbbítja a csomagokat. A csomagok több rendszeren keresztül történő eljuttatása a feladótól a címzettig, csak abban az esetben sikeres, ha minden router el tudja dönteni, hogy melyik portján továbbítsa az adott csomagot. A routing protokollok feladata az, hogy előállítsák minden egyes routerben a forgalomirányítási táblákat.
A router olyan forgalomirányító eszköz, amely lehetővé teszi, hogy egymással közvetlen módon nem összekötött számítógépek kommunikálni tudjanak egymással. A routerek is hasonlóságot mutatnak a bridge-ekhez, de azokkal ellentétben nem az adatkapcsolati, hanem a hálózati rétegben helyezkednek el.
Az alsó három rétegben dolgoznak, ezért már a logikai címeket is képesek feldolgozni. A logikai cím a fizikális címek felett lehetőséget ad a munkaállomások logikai részcsoportokra való osztályozására. Ezeket subnetwork-nek nevezik.
Egy adatcsomag routerről routerre vándorol, és az, hogy éppen milyen irányba halad tovább, azt az adott forgalomirányító szabja meg. Az irány meghatározásának módja lehet statikus vagy dinamikus. Statikus meghatározás esetében a hálózati adminisztrátor tartja kézben a folyamatot, amíg a másik változat esetében maguk végzik a forgalomirányítást, azaz folyamatosan frissítik a kapcsolatok listáját.

Gateway (átjáró)

Ez a legbonyolultabb hálózat összekapcsolási módszer. Akkor alkalmaznak átjárót, ha egymástól teljesen különböző hálózatot akarnak összekapcsolni. Mivel eltérő architektúrát használnak, a protokollok minden hálózati rétegben különbözhetnek. Az átjáró minden átalakítást elvégez, ami az egyik protokollkészletből a másikba való átmenet során szükséges. Ezek a következők:
• Üzenetformátum átalakítása. A hálózatok különböző üzenetformátumokat, eltérő maximális üzenetméretet és karakterkódokat alkalmaznak. Az átjáró át tudja alakítani az üzeneteket az üzenetet fogadó állomás számára.
• Címátalakítás. A hálózatok eltérő címzési szerkezetet használnak. A gateway képes átalakítani minden üzenethez a rendeltetési hálózat által megkívánt címszerkezetet.
• Protokoll-átalakítás. Amikor a hálózaton továbbításra előkészítik az üzenetet, minden hálózati réteg hozzáteszi a maga információját, amit a rendeltetési csomópontban lévő réteg arra használ, hogy megállapítsa, milyen protokollokat alkalmaztak, és hogyan kell feldolgozni az üzenetet. Az átjáró képes arra, hogy felcserélje az egyik hálózatból érkező információt a másik hálózat, hasonló feladat elvégzéséhez szükséges információjára.
A gateway-ek kínálják a legnagyobb rugalmasságot a hálózati összeköttetésben, mivel két teljesen eltérő hálózatot lehet egymáshoz kapcsolni.

Egy jel megy a kábelen. Elérkezik egy eszközhöz, ami ezeket, a jeleket szétosztja. Ez az eszköz lehet aktív és passzív abból a szempontból, hogy a rajta átfolyó jelekkel mit csinál. Ha csak simán továbbadja/szétosztja, akkor passzív eszköz, mert nem csinál mást, mint továbbítja a bemenetén kapott jelet.

Egy jel megy a kábelen. Elérkezik egy eszközhöz, ami ezeket, a jeleket szétosztja. Ez az eszköz lehet aktív és passzív abból a szempontból, hogy a rajta átfolyó jelekkel mit csinál.
Amennyiben ezen jeleket erősíti is, akkor már aktív.

Az aktív hub jelismétlést is végez.

A passzív hub nem végez jelismétlést, feladata az adattovábbbítás.

Az adatkapcsolati réteg szintjén működik a bridge. Feladata az egyes hálózati részek forgalmának elválasztása.

Az azonos típusú sínhálózatok egyszerű jelismétlőkkel kapcsolhatók össze nagyobb hálózattá. A jelismétlők a kábeleket úgy egyesítik, hogy az összetett hálózat minden állomásának jelét (üzenetét) egyidejűleg az összes állomás hallja.

A switch-ek a bridge-ekhez hasonlítanak, csak annyiban térnek el egymástól, hogy a switch képes bármely két portját összekötni egymással a többi porttól teljesen függetlenül, ezáltal a maximális sávszélesség nem csökken. Továbbá a switch-eknek van egy vagy több nagysebességű portja is. A switch az az eszköz mely egy számítógép-hálózat strukturáltságát, szegmentálhatóságát hatékonyabbá teszi.

A hálózatokban a forgalomirányító két fő feladatot lát el: meghatározza az elérési útvonalakat és továbbítja a csomagokat. A csomagok több rendszeren keresztül történő eljuttatása a feladótól a címzettig, csak abban az esetben sikeres, ha minden router el tudja dönteni, hogy melyik portján továbbítsa az adott csomagot.

Ez a legbonyolultabb hálózat összekapcsolási módszer. Akkor alkalmaznak átjárót, ha egymástól teljesen különböző hálózatot akarnak összekapcsolni. Mivel eltérő architektúrát használnak, a protokollok minden hálózati rétegben különbözhetnek. Az átjáró minden átalakítást elvégez, ami az egyik protokollkészletből a másikba való átmenet során szükséges.