Helyi hálózatok kialakítása vállalati környezetben III.
2004/6. lapszám | Kerekes László | 23 636 |
Figylem! Ez a cikk 20 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Az Ethernet hálózat ötlete az 1970-es években merült fel először, Robert Metcalfe és David Boggs jóvoltából. Az általuk papírra vetett séma nem maradhat ki egyetlen ilyen hálózatot leíró ismertetésből sem.
1. ábra. Az Ethernet hálózat első terve, R. Metcalfe és D. Boggs (1976)
Az Ethernet hálózatot 1985-ben az IEEE elfogadta és az ANSI/IEEE 802-3 szabványban rögzítette, néhány műszaki eltéréssel. Az Ethernet, mint hálózat több protokollt használ, amelyet TCP/IP néven ismerünk. A TCP (Transmission Control Protocol) mellett ide tartozik az UDP, az e-mail-ek küldéséhez/fogadásához szükséges SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), és a POP (Post Office Protocol), az FTP (File Transfer Protocol), és az SNMP (Simple Network Management Protocol). Az IP (Internet Protocol) fejlesztését is az USA-ban végezték, ahol olyan katonai kommunikációs hálózatra volt szükség, amely működését nem blokkolja le egyes részeinek üzemképtelensége. Az eredményként előállított hálózatot Internetnek nevezték el, az alkalmazott protokoll neve pedig az IP (Internet Protokoll).
Az így kialakított protokoll lényege a platformfüggetlenség, egyszerűség és világméretű kiterjedés, ahol a TCP felel a kódolásért és a csomagokra bontásért, az IP pedig a csomagok célba juttatásáért. Az Ethernet hálózat az alábbi alapjellemzőkkel rendelkezik: adatcsere típusa: véletlen hozzáférés ütközéssel (CSMA-CD); maximális frame méret: 46 ... 1500 adatbyte (+ hibaellenőrzési mező); maximum 6 byte a címzéshez (MAC cím, @255=broadcast).
Minden egyes MAC (Medium Access Control) cím csak egy készülékhez tartozhat. Az első három byte azon cégekhez tartozik, akik Ethernet interfészeket fejlesztenek. A második 3 byte az eszközhöz tartozik. A MAC cím azonban nem tévesztendő össze az IP címmel. MAC cím: „a házszám az utcában” (sosem változhat), IP cím: „a család neve, aki abban a házban lakik” (ez már változhat) (2. ábra).
2. ábra. Címzés az Ethernet hálózatban
Az Ethernet hálózatban használatos elemek rövid magyarázata:
- transceiver (távadó): adatbitek küldése és fogadása, ütközések érzékelése,
- kábelek: háromféle kábeltípust használnak az Ethernet megvalósításához: koaxiális, sodrott érpár, és üvegszál.
A koax kábel előnye, hogy nagy sávszélességet, kis csillapítást és magas elektromágneses védettséget biztosít, valamint csatlakoztatása is jó minőségben, árnyékoltan megoldható. Ellene „csupán” az szól, hogy ára magasabb, mint egy sodrott érpáré. A koax-ot használó kapcsolatok típusai a 10Base5 és a 10Base2. A jelölésrendszerben az első szám a sebességet jelenti MBPS-ben, a középső „Base” az alapsávi átvitelre utal (nincs vivőfrekvencia), a végén levő szám pedig a szegmenshosszt jelöli, 100 méterekben. 10Base5 esetében tehát max. 500 m lehet egy szegmens hossza, 10Base2 esetében csak 200 m. Ennek oka, hogy a 10Base2 vékonyabb, olcsóbb koaxot használt.
Az üvegszál nagy előnye a rendkívül nagy sávszélesség, az elektromágneses zavarokkal szembeni érzéketlenség. A kapcsolatokat 10BaseF és 100BaseF típussal jelölik, ahol az „F” (fibre) az üvegszálra utal.
A sodrott érpár használata ma a legelterjedtebb, ezeket a kapcsolatokat 10BaseT és 100BaseT jelöléssel azonosítjuk („T” = twisted pair.). Az Ethernet kapcsolat megvalósításához 2 db sodrott érpárra van szükség, külön az adás- és vételi iránynak. Ezeket a kábeleket csillapításuk alapján kategóriákba sorolják. E kategórián belül a 100 Ohmos hullámimpedanciájú kábelezés terjedt el.
A sodrott érpáras kábeleket felhasználás szempontjából két csoportba sorolhatjuk: első a falikábelek csoportja, amit általában a fali Ethernet csatlakozó és a központi HUB/Switch közé húznak, másik a patch (bekötő) kábelek csoportja, melyet a fali csatlakozó és a PC (PLC) közé gyártottak. A patchkábelek flexibilisebbek, erősebb köpennyel rendelkeznek, viszont csillapításuk sokkal nagyobb. Kivitel szempontjából 3 típust különböztetünk meg: UTP, FTP, STP. Az UTP (Unshielded Twisted Pair) árnyékolatlan kivitelt jelent. Sávszélességre nagy, de zavarokra érzékenyebb. Ezt célszerű irodai környezetben telepíteni. Az FTP (Folied Twisted Pair) alufóliával árnyékolt sodrott érpárat jelent. Jobb a zavarok elleni védelme. Az STP (Shielded Twisted Pair) kábelek szövött árnyékolással rendelkeznek, szerelhetőbbek, biztonságosabbak mint a másik kettő.
Összeköttetési osztályok (link class) (pl. elosztó és munkaállomás között) az ISO/IEC 11801, és az EN 50173 szabványok szerint (3. ábra): A osztály: 100 kHz, nem használt, B osztály: 1 MHz, nem használt, C osztály: 16 MHz, csak telefonhálózatokhoz, D osztály: 100 MHz, 155 Mbit/s, D+ osztály: 100 MHz, 155 Mbit/s (ISDN, ADSL), E osztály: 200 MHz, 600 Mbit/s, F osztály: 600 MHz, 2 Gbit/s.
3. ábra. RJ45 csatlakozók és patch kábelek
Termékkategóriák (Categories) (vezetékek, csatlakozók) az EN 50173/A1 szabvány szerint: Category 3: 1-16 MHz,
- Category 5/5e: 1-100 MHz, Category 6: 1-250 MHz, Category 7: 1-600 MHz.
A hálózat kialakításában használatos eszközök típusai (4. ábra):
- repeater (jelerősítő): protokollfüggetlen, jelerősítést végez,
- concentrator (összesítő): jelerősítőként működik, és különféle vezetéktípusokat és protokollokat (típustól függően) képes fogadni,
- hub: a bejövő adatokat szétküldi valamennyi becsatlakoztatott eszközhöz,
- switch: küld és szűr (átmeneti pont-pont kapcsolatot képez),
- bridge: aktív szűrőeszköz, két állomás közötti távolság maximalizálásához használható, öntanuló módban működik,
- router: egy hálózatot vagy alhálózatot csatlakoztat az Ethernet hálózathoz.
4. ábra. Hálózati eszközök (bridge, hub, router, repetaer, stb....)
Az internetbeli TCP/IP címzéshez jelenleg négy byte hosszú karaktersort kell megadnunk, byte-onként „.”-tal elválasztva, például: 139.160.49.141. A cím magában foglalja a hálózati és a helyi címeket, de a hálózati címet csak a router veszi figyelembe. Az IP cím azonosítja a hálózatot és az eszközt a hálózaton (netid / hostid). Az így kialakítható hálózatokat három osztályba soroljuk (5. ábra).
5. ábra. IP cím osztályok
Az IP címeket mindig a rendszergazda adja ki a vállalatban telepített hálózat kiterjedtségétől függően. A helyi hálózatokon belül további alhálózatok alakíthatók ki, de aztán értelemszerűen szükséges kapcsolódni a világhálóhoz is, a tűzfalon keresztül. A tűzfal egy olyan helyi rendszer, amelyet a külső káros hatások kiszűrése miatt szükséges létrehozni.
Van még egy fontos jellemzője az Ethernet hálózaton belüli kommunikációnak: az alhálózati maszk (subnet mask). A nagyszámú címkiosztási lehetőség miatt célszerű szűrni a kört, ahol az üzenetnek célba kell érnie. Erre a feladatra találták ki a maszkolást. A négy byte-nyi cím minden egyes byte-ját logikai ÉS kapcsolatba hozzuk a maszkkal, és ahol „1” szerepel ott nem keressük a célt, csak ott, ahol „0” (6. ábra)!
6. ábra. Az alhálózati maszk szerepe
A példában a PC2 küldi az üzenetet (frame) a PC1-hez a 10.194.1.138 címre. A router logikai ÉS kapcsolatba hozza a maszkot (255.255.255.0) és a címet:
10.194.1.138 = 0A C2 01 8A
ÉS
255.255.255.0 = FF FF FF 00
10.194.1.0 = 0A C2 01 00
címe a subnet1-nek.
A szűrő csupán a „hálózat” (netid) részét engedi át a teljes IP címnek (10.194.1.138), és nem veszi figyelembe az eszközt (hostid) (10.194.1.138). Ez a technika lehetővé teszi, hogy a router csökkentse a lehetséges címtartományt az alhálózaton belüli üzenetek számára.
Az Ethernet fejlődése töretlen, a hálózat kialakításához szükséges eszközök árai egyre kedvezőbbek, ugyanakkor egyre nagyobb átviteli sebességű hálózatra van szükségünk. Most már nem csak számítógépek kommunikálnak a hálózaton, hanem különféle ipari berendezések szabályozók és mérőkészülékek is. Amit ma még pl. a CAT 5e-vel meg lehet csinálni, nem biztos, hogy elégséges lesz 3-4 év múlva is, az egyszerű UTP kábel olcsó, de az árnyékolás hiánya miatt a nagyobb sebességekhez (CAT 6) már nem használható.
