Hálózati eszközök

Minden hálózatban vagy önállóan vagy valamely más funkciót is betöltő egységre (általában az alaplapra) integráltan megtalálható eszköz a hálózati kártya. A hálózati kártya a kábelek csatolásával biztosítja az eszköz hálózati elérését. Minden kártyához tartozik egy úgynevezett MAC (MAC / OUI) cím, ami a hálózatban a használt protokolltól függetlenül egyértelműen azonosítja a kártyát és így azt az eszközt is, amiben a kártya van.

3.18 ábra: MAC cím

A MAC címet jellemzően minden Ethernet alapú protokoll (pl. Profinet) alkalmazza a partnerek egyedi azonosításához. Ez a cím (elvileg) az egész világon egyedi. A MAC cím része az OUI, ami a gyártót azonosítja (az ábrán szereplő 001742 a FUJITSU cégé).

A hálózatok szegmensekből épülnek fel. A szegmens jellemzően a hálózatnak az a része, ami közvetlenül egy vezetékkel elérhető. Vonali erősítők, hubok, repeaterek, routerek, switchek és állomások határolják a hálózaton belül. Az eszközök különböző rétegek feladatait látják el (3.4. táblázat)

3.4 táblázat: Jellemző hálózati eszközök az OSI és TCP/IP rétegeken

Réteg Eszköz

Transzport réteg (és felette) Átjáró (gateway)

Hálózati réteg Forgalomirányító, útválasztó (router) Adatkapcsolati réteg Híd, kapcsoló (bridge, switch)

Fizikai réteg Jelismétlő (repeater, HUB)

Repeater, HUB

Gyakran előforduló rajzi jelei:

3.19 ábra: Repeater rajzjelei

A hálózati összekapcsolásra használt legegyszerűbb eszköz a hálózati jelismétlő (3.19 ábra). A jelismétlőket azonos hálózatok összekötésére, a hálózati szegmensek összekapcsolásához használják, hogy nagyobb, kibővített hálózatot kapjanak. A jelismétlőnek az a feladata, 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, 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 küldi 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 címe van.

A repeater többportos változatát HUB-nak nevezik. 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. Leegyszerűsítve: az egyik csatlakozóján érkező adatokat továbbítja az összes többi csatlakozója felé. Ez passzívan megy végbe, anélkül, hogy ténylegesen változtatna a rajta áthaladó adatforgalmon. A repeatertől eltérően jelerősítést nem végez.

3.20 ábra: A repeater és a hálózat két szegmense A hubok között 2 alaptípust különböztetünk meg:

 aktív HUB: az állomások összefogásán kívül a jeleket is újragenerálja, erősíti.

 passzív HUB: csupán fizikai összekötő pontként szolgál, nem módosítja vagy figyeli a rajta keresztülhaladó forgalmat.

A legelterjedtebbek a 8, 16, 24 portos eszközök, de találkozhatunk kisebb, 4 portossal is.

A passzív HUB-ok elektromos tápellátást nem igényelnek. Az intelligens HUB-ok aktív HUB-ként üzemelnek, mikroprocesszorral és hibakereső képességekkel rendelkeznek.

Bridge, switch

Gyakran előforduló rajzi jele:

3.21 ábra: Bridge rajzi jele

Egyszerű passzív eszköz a hálózati szegmensek összekötésére a (belső) hálózati híd (bridge). 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. 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 például U, A, Rk állomás a szegmens 1 hálózat elemei, O, B, XX és Hh pedig a szegmens 2 állomásai, a Bridge 1 mindkét hálózatnak eleme. Ha A üzenetet küld a B állomásnak, a Bridge 1 állomás veszi a szegmens 1 tagjaként az üzenetet, és a szegmens 2 tagjaként továbbadja az üzenetet B-nek.

Amennyiben A állomás F-re küld üzenetet Bridge 1 továbbítja a szegmens 2-re, ahol a Bridge 2 tudja, hogy a túloldali (szegmens 3) hálózatra szól az üzenet. Bridge 3 pedig azt érzékeli, hogy az F állomás ugyanazon az oldalon van, ahonnan az üzenet jött, ezért nem engedi tovább. A Bridge képes hálózatrészeket (szegmenseket) egymástól elválasztani, ami adott esetben azt is jelenti, hogy az egyik oldalon lévő hálózat (3.22 ábra pontokkal jelölve) a többi állomás részére nem látható, pedig fizikailag össze vannak kötve.

3.22 ábra: Bridge a hálózatban

Ez az összeköttetés-típus az ún. „tároló-és-küldő” (store-and forward) működést valósít meg. Az üzeneteket egy kis időre a hálózati hídban tárolják, és utána küldik el a másik hálózatba.

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 rétegek) 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, többportos hálózati hídnak is. Portok között tehát nem fordul elő ütközés (mindegyikük külön ütközési tartományt alkot), ebből adódóan azok 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 megoldása (lásd STP), illetve a VLAN-ok kezelése.

Router

Gyakran előforduló rajzi jelei:

3.23 ábra: A router rajzi jelei

A hálózati összeköttetés kialakításához forgalomirányító csomóponti eszközöket (router) 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-WAN-okkal kapcsolódik össze, akkor az üzenetküldés irányítása kritikus kérdéssé válik.

3.24 ábra: Router a hálózatban

Egyéb hálózattípusok esetén, főleg WAN-oknál, amikor az egyik csomópont üzenetet küld egy másik hálózat csomópontjához, az üzenetküldés során az üzenet számos közvetítőcsomóponton halad keresztül. Egynél több csomópont-sorozat (egynél több útvonal) is alkalmas lehet az üzenet számára a forráscsomópontból a célcsomópontba való eljuttatására. A 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 (A routerek megfelelően felprogramozva, csak bizonyos kritériumoknak megfelelő csomagokat továbbí-tanak, vagyis szűrnek).

Router a forgalomirányítást különböző elvek szerint végezheti:

 Determinisztikus vagy statikus:

o Véletlen forgalomirányítás: véletlenszám generátor alkalmazásával, kiírja a csomagot valamelyik alhálózatra.

o Elárasztásos forgalomirányítás (flooding): minden beérkező keretet váloga-tás nélkül kiküld minden alhálózatra.

 Elszigetelt adaptív: a csomópont hoz döntést a helyi adatok alapján:

o A beérkezett csomagot abba a küldési sorba rakja, amelyik a legrövidebb o 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.

 Elosztott adaptív – kapcsolat alapú (Link State Routing): a cél a legkisebb késlel-tetéssel járó útvonal keresése, késleltetési táblák kezelése. Szinkron karbantartás (0,67 másodpercenként van adatcsere) vagy aszinkron karbantartás (forgalom-változás vagy topológia(forgalom-változás esetén van adatcsere).

Működése:

1. A szomszédok megismerése HELLO csomag küldésével. Ezek alapján kialakítható a hálózat feszítőfája.

2. A vonalak késleltetését ECHO csomaggal mérik fel a routerek.

3. A mérési eredmények szétküldése.

4. Az új útvonalak számítása.

Az elosztott adaptív vagy más néven kapcsolat alapú forgalomirányítás az interneten jellemző forgalomirányítás algoritmusa.

 Központosított adaptív: a routerek az aktuális – saját magukról szóló – informá-cióikat a forgalomirányító központba (RRC – Routing Control Center) küldik, ami az adatok kiértékelése után minden routernek megadja a routolási táblákat, paramétereket. (Szinkron üzemmód – jelentős sávszélességet foglal, aszinkron üzemmód – csak jelentősebb változás esetén jelent forgalmat.)

Gateway

A legbonyolultabb hálózat-összekapcsolási módszer a hálózati zsilip (gateway).

3.25 ábra: Gateway a hálózatban

Hálózati zsilipet az egymástól teljes mértékben különböző hálózatok összekapcsolására alkalmaznak. Ha eltérő hálózati architektúrákat használnak, a protokollok különbözhetnek bármelyik vagy minden hálózati rétegen. A hálózati zsilip minden átalakítást elvégez, ami az egyik protokollkészletből a másikba való átmenet során szükséges (üzenetformátum-átalakítás, címátalakítás, protokoll-átalakítás).

3.3 Vezetékes buszrendszerek