Számítógépes hálózat: definíció, LAN, WAN és protokollok
Ismerje meg a számítógépes hálózatok működését: LAN, WAN, eszközök, protokollok (TCP/IP) és gyakorlati tippek otthoni és vállalati hálózatokhoz.
A számítógépes hálózat olyan, egymással összekapcsolt eszközök (csomópontok) rendszere, amely lehetővé teszi az adatok, erőforrások és szolgáltatások megosztását. Tipikus célok: erőforrás-megosztás, fájlok cseréje, kommunikáció és közös szolgáltatások használata. A hálózat fizikai és logikai elemekből áll: maguk a végpontok (például számítógépből), az átvitelre szolgáló közeg és a hálózatot irányító eszközök és protokollok.
Csomópontok és hálózati eszközök
A hálózat csomópontjai lehetnek személyi számítógépek, szerverek, nyomtatók, hálózati tárolók vagy bármilyen más eszköz, amely képes adatot küldeni vagy fogadni. A működéshez gyakran szükségesek köztes eszközök is, például hubok, kapcsolók (switch-ek) és routerrel összekapcsolt elemek. A hub egyszerűen továbbít minden beérkező jelet, míg a kapcsoló intelligensen célba juttatja a forgalmat; az útválasztó (router) pedig különböző hálózatokat kapcsol össze és kezeli az útvonalválasztást.
Hálózattípusok: LAN, WAN és egyéb
A helyi hálózat (LAN) egymáshoz közeli eszközöket köt össze, például egy otthonban vagy irodában. A LAN-ok kiépítése jellemzően egyszerűbb és olcsóbb, és gyakran nagy sebességű kábel (Ethernet) vagy vezeték nélküli (Wi‑Fi) kapcsolaton alapul. A legnagyobb, globális kiterjedésű hálózat az Internet, amely számos LAN és WAN összekapcsolódásából jön létre.
A nagy kiterjedésű hálózatok (WAN) földrajzilag távoli pontokat kötnek össze, és gyakran szolgáltatói (ISP) vonalakon, bérelt vonalakon vagy internetkapcsolaton keresztül valósulnak meg. Léteznek még kisebb kategóriák is, például a személyes hálózat (PAN) és a városi hálózat (MAN), amelyek eltérő méretű és célú kapcsolati megoldásokat foglalnak magukba.
Fizikai közeg és csatlakozás
A hálózatok fizikailag többféle közegen működhetnek: sodrott érpár (Ethernet kábel), koaxiális kábel, üvegszál (optikai) és vezeték nélküli rádióhullámok (Wi‑Fi, mobilnet). Általában a vezetékes megoldások stabilabbak és nagyobb átviteli sebességet kínálnak, míg a vezeték nélküli megoldások mobilitást és rugalmasságot adnak.
A hálózatok kiépítéséhez és összekapcsolásához szükséges hardverekről is gondoskodni kell: a fizikai csatlakozáshoz és forgalomirányításhoz elengedhetetlen a megfelelő hardverrel való összekötés. Egyszerű LAN esetén elegendőek a végpontok, az átviteli médium és a kapcsolók; nagyobb rendszerekhez, WAN-okhoz vagy heterogén hálózatok összekapcsolásához további eszközök szükségesek, például hídra, átjáróra vagy útválasztóra.
Protokollok és kommunikáció
Minden hálózat működéséhez szükség van egy közös szabályrendszerre, azaz kommunikációs protokollra. A legtöbb modern rendszerben a hálózatok alapja a TCP/IP protokollt használó architektúra. Például a Microsoft Windows, a Linux és más operációs rendszer a rendszerek ezt alkalmazzák. Korábban az Apple Macintosh számítógépek az Appletalkot használták, de ma már az Apple gépek is TCP/IP-t alkalmaznak.
A TCP/IP mellett fontosabb alkalmazási protokollok: HTTP/HTTPS (web), FTP (fájlátvitel), SMTP/IMAP/POP3 (e‑mail), DNS (névfeloldás), DHCP (automatikus címzés), SSH (biztonságos távoli hozzáférés) és egyéb szolgáltatások. A protokollok rétegzett modellben (pl. OSI vagy TCP/IP modell) definiálják, hogy az adat hogyan halad a fizikai vonaltól az alkalmazásig.
Teljesítmény, címzés és biztonság
A hálózati teljesítményt alapvetően a sávszélesség (átviteli kapacitás), késleltetés (latencia), csomagvesztés és a hálózati topológia határozza meg. Az eszközök címezése IPv4 és egyre inkább IPv6 címozást használ; az IPv6 a címkészlet bővítése és egyéb fejlesztések miatt vált szükségessé.
A biztonság kulcsfontosságú: tűzfalak, hálózati címfordítás (NAT), titkosítás (pl. SSL/TLS, VPN), hozzáférés‑vezérlés és rendszeres frissítések védik a hálózatot a támadásoktól. Vállalati környezetben gyakoriak a VLAN-ok, forgalomkezelés (QoS) és hálózatfelügyeleti eszközök, amelyek segítik a megbízható és biztonságos működést.
Gyakorlati példák és felhasználás
A hálózatok lehetővé teszik, hogy egy üzlet például egy webszerver segítségével megjelenítse az árukat a weboldalán, fogadjon rendeléseket, és azokat automatizált feldolgozási folyamatokba irányítsa. Egy kisvállalkozás helyi hálózata gyakran kapcsolódik a nagyobb vállalat vállalati hálózatához, és ezek a kapcsolatok lehetővé teszik az internethez való hozzáférést és a központi erőforrások használatát.
Összefoglalva: a számítógépes hálózatok a modern informatikai rendszerek alapjai. Ismeretük — a fizikai közegtől és hálózati eszközöktől a protokollokon és biztonsági megoldásokon át — elengedhetetlen mind otthoni, mind üzleti környezetben a megbízható és hatékony működéshez.
Tipikus könyvtári hálózat, egy elágazó fa térképen és ellenőrzött hozzáféréssel az erőforrásokhoz
Hálózati modellek
A hálózati kommunikációs technológiát egyetlen nagy modellként nehéz lenne megvalósítani. Ezért a hálózat különböző komponenseit kisebb modulokra vagy rétegekre osztjuk fel. A hálózat szabványos modellje a Nemzetközi Szervezeti Szabvány (ISO) által meghatározott Open Systems Interconnection (OSI) modell. Léteznek más hálózati modellek is, bár ezek mind hasonló rétegekre vannak felosztva. Minden réteg az alatta lévő réteg által nyújtott szolgáltatásokat használja, miközben szolgáltatásokat nyújt a felette lévő réteg számára. Az egyes rétegek csak a céleszközön lévő azonos réteggel tudnak kommunikálni.
Példa a kommunikációra a hálózati modellben
OSI modell
Az OSI (Open Systems Interconnection) egy 7 rétegű hálózati modell, amelyet az ISO (International Organization for Standardization) szabvány határoz meg, és világszerte széles körben használják. A hétrétegű modell koncepcióját Charles Bachman, a Honeywell Information Services munkatársa adta. Az OSI-tervezés különböző aspektusai az ARPANET, NPLNET, EIN és CYCLADES hálózatokkal kapcsolatos tapasztalatokból, valamint az IFIP WG6.1-ben végzett munkából fejlődtek ki.
| Adategység | Réteg | Funkció |
| Adatok | Alkalmazás | Hálózati folyamat az alkalmazáshoz |
| Bemutatkozás | Titkosítás, dekódolás és adatkonvertálás | |
| Ülés | Az alkalmazások közötti munkamenetek kezelése | |
| Szegmensek | Szállítás | Végponttól végpontig tartó kapcsolat és megbízhatóság |
| Csomagok (datagramok) | Hálózat | Útvonal-meghatározás és logikai címzés |
| Keret | Adatkapcsolat | Fizikai címzés |
| Bit | Fizikai | Jel és bináris átvitel |
1. réteg
A fizikai réteg határozza meg az eszközök elektromos és fizikai specifikációit. Meghatározza továbbá a modulált és az alapsávú átvitelt.
Baseband
Az alapsáv digitális adatok nyers formában (1001 1101 1010 1010 0011). Ez nagyon gyors és megbízható átvitelt tesz lehetővé rövid távolságokon; a médiumok azonban hajlamosak arra, hogy a bitek zavarják egymást, az alapsávú átvitel hatótávolsága nagyon korlátozott. Ez a sebesség növekedésével egyre rosszabbá válik. Az alapsávos technológiát gyakran használják a helyi hálózatokban.
- UTP kábel - max. 100 m 100 Mbit/s sebességen, átjátszó nélkül
- Optikai szál - max. 1 km 100 Mbit/s sebességgel, átjátszó nélkül
Tipikus technológia: Ethernet
Modulált átvitel
A távközlésben a moduláció az a folyamat, amelynek során egy üzenőjelet, például egy digitális bitfolyamot vagy egy analóg hangjelet egy másik, fizikailag továbbítható jelbe helyeznek. Az alapsávú jel modulációját végző eszközt modulátornak, a modulált jel alapsávra való visszaalakítását végző eszközt pedig demodulátornak nevezzük. A modulátor és a demodulátor ma már egyetlen eszközbe, a modembe (modulátor-demodulátor) van integrálva. Gyakran használják WAN, WLAN, WWAN esetén.
Tipikus technológia: WI-FI, ADSL, kábeltelevíziós kapcsolat (CATV).
2. réteg
Az adatkapcsolati réteg biztosítja a funkcionális és eljárási eszközöket a hálózati egységek közötti adatátvitelhez, valamint a fizikai rétegben esetlegesen előforduló hibák észleléséhez és esetleges kijavításához.
3. réteg
A hálózati réteg biztosítja a változó hosszúságú adatsorozatoknak az egyik hálózaton lévő forrásállomásról egy másik hálózaton lévő célállomáshoz történő átvitelének funkcionális és eljárási eszközeit az IP-cím használatával.
IP-cím
Az internetprotokoll-cím (IP-cím) egy numerikus címke, amelyet az internetprotokollt kommunikációra használó számítógépes hálózatban részt vevő minden egyes eszközhöz (pl. számítógép, nyomtató) rendelnek. Jelenleg a protokolloknak két változata van használatban - az IPv4 és az IPv6.
- Az IPv4 32 bites címzést használ, ami a címtartományt 4294967296 (232) lehetséges egyedi címre korlátozza.
Példa: 255.255.255.255.0 azt jelenti, hogy a hálózati cím 192.168.0.0 és az eszköz címe 192.168.0.1.
- Az IPv6 128 bites címzést használ, ami a címtartományt 2128 lehetséges címre korlátozza. Ez a belátható jövőre elegendőnek tekinthető. A teljes IPv6-támogatás még a megvalósítási szakaszban van.
4. réteg
A szállítási réteg biztosítja az adatok átlátható átvitelét a végfelhasználók között, megbízható adatátviteli szolgáltatásokat nyújtva a felsőbb rétegek számára. Az internetes protokollcsomaghoz tartozó Transmission Control Protocol (TCP) és a User Datagram Protocol (UDP) az OSI-n belül általában a 4. réteg protokolljai közé sorolják.
- A TCP (transmission control protocol) megbízható, rendezett bájtfolyam továbbítását biztosítja az egyik számítógépen lévő programtól egy másik számítógépen lévő másik programnak. A TCP-t olyan alkalmazásokhoz használják, amelyek szigorúan megbízható átvitelt igényelnek (e-mail, WWW, fájlátvitel (FTP), ...).
- Az UDP (felhasználói adatcsomag protokoll) egyszerű átviteli modellt használ, amely nem tartalmaz implicit kézváltási párbeszédeket a megbízhatóság, a sorrendiség vagy az adatintegritás biztosítására. Az UDP-t olyan alkalmazásokban használják, ahol a megbízhatóság helyett csökkentett késleltetésre van szükség (stream videók, VOIP, online játékok,...).
5-7 rétegek
Az egyszerűsített hálózati modellekben általában egy rétegbe egyesítik, fő célja az alkalmazásokkal való interakció, titkosítás és szükség esetén dedikált kapcsolatok létrehozása.
Digitális moduláció: 16-QAM, példa konstellációs pontokkal.
Analóg moduláció: AM - amplitúdóFM - frekvencia
Hálózati feltételek
Késleltetés
A késleltetés, helytelenül pingnek nevezik, egy olyan érték, amely azt méri, hogy a csomagoknak mennyi időre van szükségük a célállomásig. Ezt miliszekundumokban (ms) mérik. A késleltetést mérő eszköz a ping, általában speciális ICMP-csomagokat használ, amelyek kisebbek, mint a hagyományos adatcsomagok, így jelenlétükkel nem terhelik a hálózatot.
- Az azonnali késleltetést X másodpercenként mérjük és azonnal megjelenítjük. Értéke folyamatosan változik a csomagváltó hálózati technológia természetes tulajdonságai miatt. A nagy késleltetési csúcsok negatív hatással vannak a legtöbb hálózati alkalmazásra, amelyek az átlagos késleltetéshez úgy tudnak alkalmazkodni, hogy megfelelő méretű memóriát rendelnek pufferként. A nagy késleltetési csúcsok e puffer kiürüléséhez és az alkalmazások ideiglenes lefagyásához vezetnek. Ezt a lefagyást általában késleltetésnek nevezik.
- Az átlagos késleltetés az X másodpercenként Y alkalommal mért azonnali késleltetés összege osztva Y-nal. Az átlagos késleltetést a puffer méretének becslésére használják, főleg azért, mert nem változik olyan gyakran. A puffer lehetővé teszi egyes alkalmazások, például a stream videók zökkenőmentes működését még magas átlagos késleltetés esetén is, de nem tud megvédeni minket a magas késleltetési csúcsoktól.
Kapacitás (sávszélesség)
A kapacitás egy hálózat átviteli kapacitásának mérőszáma, amelyet másodpercenkénti bitben (bps vagy b/s), ma általában Mbps vagy Mb/s-ban mérnek. Azt mutatja meg, hogy másodpercenként hány adategységet továbbítanak. Jelenleg az átlagos sávszélesség a szükségesnél jóval nagyobb, és a legtöbb esetben nem jelent korlátozó tényezőt.
- Az Uplink az a sávszélesség, amelyet a felhasználó és a szerver közötti adatátvitelre használnak (a végfelhasználók esetében általában alacsonyabb).
- A lefelé irányuló kapcsolat azt jelenti, hogy mennyi sávszélességet használnak a szervertől a felhasználóhoz történő adatátvitelre (a végfelhasználók esetében általában nagyobb).
Műsorszolgáltatás
A broadcast egy olyan speciális adás, amely nem egyetlen eszköznek szól, hanem az adott hálózat összes eszközének szól. Leginkább arra használják, hogy a DHCP-kiszolgáló automatikusan IP-címeket adjon ki az eszközöknek, és létrehozzon egy ARP-táblát, amely feltérképezi a hálózatot és felgyorsítja a forgalmat.
ADSL frekvenciaterv. Upstream + downstream = hálózati sávszélesség
Kérdések és válaszok
K: Mi az a számítógépes hálózat?
V: A számítógépes hálózat két vagy több számítógép csoportja, amelyek egymással összekapcsolódnak az erőforrások megosztása, a fájlok cseréje vagy a más felhasználókkal való kommunikáció érdekében.
K: Mik a csomópontok egy hálózatban?
V: A hálózat csomópontjai olyan eszközök, például számítógépek, nyomtatók és egyéb eszközök, amelyek képesek adatokat küldeni és fogadni egyik csomópontról a másikra.
K: Milyen további eszközökre lehet szükség a hálózatok megfelelő működéséhez?
V: A hálózatok megfelelő működéséhez további eszközökre, például hubokra és kapcsolókra lehet szükség.
K: Hogyan lehet különböző típusú hálózatokat összekapcsolni?
V: A különböző típusú hálózatok összekapcsolhatók útválasztóval.
K: A helyi hálózatokat (LAN) könnyebb kiépíteni, mint a nagy kiterjedésű hálózatokat (WAN)?
V: Igen, egy LAN kiépítése általában egyszerűbb, mint különböző hálózatok WAN-nal történő összekapcsolása.
K: Lehetnek-e a számítógépek egyszerre több különböző hálózat részei?
V: Igen, a számítógépek egyszerre több különböző hálózat részei lehetnek.
K: Milyen típusú kommunikációs protokollt használ a legtöbb operációs rendszer?
V: A legtöbb operációs rendszer a TCP/IP-t használja kommunikációs protokollként.
Keres