Számítógépes hálózatról konyhanyelven
Posted by Nucc
A következő kis szösszenetet még 2006-ban írtam egyetemi éveim alatt, eddig a blogter oldalán pihent. Gondoltam megkeresem, és felveszem a már hivatalos blog oldalamra. Tehát íme egy szösszenet 2006-ból…
Gondoltam megpróbálom szemléltetni a számítógépes hálózatok működését, mert úgy vettem észre egyetemen sokan csak dobálóznak a szavakkal, de hogy mi micsoda, az néha megválaszolatlanul marad.[OFF] Mikor elkezdtem ezt a blogot, nem gondoltam volna, hogy lesz valaki aki olvassa. Meglepetés erejével hatott az a 30 látogató is, még ha nem is olvasták végig, erőt adtak hogy folytassam. Nehéz gondolatokról írni, de megpróbálkozom vele… [/OFF]
Egyetemünkön mindig nagy para van hálózatok évfolyamzh előtt. Újra előkerülnek a kedves kis algoritmusok, Dijkstra, Bellmann-Ford, megint ellepik az 53-as portot a dig lekeresek, es sorolhatnam. A problémát ott látom, hogy senki sem tudja mit miért csinál, copy paste, ide ezt kell írni, oda meg azt. Talán mondhatjuk, hogy a tömegképzés hátránya? A következő pár sorban csak egy kis képet szeretnék mutatni az anyagról, nem oktató jelleg, csak hogy legyen egy kis képünk a dologról.
Próbálok szemléltetést adni az egész tárgyhoz, kicsit az ELTE-s oktatás oldaláról. Sajnos nálunk 1 félévig oktatják, ebben is teli lényegtelen dolgokkal, de mit tehet az ember. Ez van. Megjegyezném, ez nem doksi, ez csak csupán pár gondolat összefűzése.
Az, hogy hogy alakult ki a hálózat, nem mennék bele. De minthogy az informatika az élet digitalizálása, 0-1-re alakítása, így a minta, amire épül nem újkeletű.
Képzeljük el a következőt. Levelet szeretnénk küldeni egyik nagyon jó ismerősünknek. Fogunk egy papirt, ceruzát, megírjuk levelünket, borítékba helyezzük, elszaladunk a postára, majd a posta eljuttatja barátunknak. Ha válaszol rá, akkor pár nap múlva ott lesz a ládánkban a levele. A számítógépes hálózat olyan mint egy postai rendszer. Posta meg már mióta létezik. Na szedjük össze, mi mi is egész pontosan.
Először is, meg kell írnunk a levelet. Vegyünk egy txt filet. Miután megírtuk, fogunk egy borítékot. Ez a boríték felelős azért, hogy más ne tudja elolvasni, és hogy ellássuk olyan információkkal, hogy kinek is küldjük. Ezért lesznek felelősök a csomagolások (amikor fejlécezzük őket).
Na igen. Hogy kinek is küldjük. Az életben mindenkinek van egy postai címe, név, utca, házszám, város, irányítószám. A címe mindenkinek egyedi (az irányítószámot most még ne keverjük bele), elég érdekes lenne, ha egy másik ember kapná meg levelünket, úgyhogy az adatok teljes mértékben rá illenek. Ezért felelős a MAC Address. A MAC Address nem más, mint a hálózati eszköz beleégetett kódja (na jó, ha ügyes az ember megváltoztathaja). Ez alapján mindenki egyedi. A Mac address-el viszont van egy kis probléma. Honnan tudjuk, merre is van az a szerencsétlen célpont. Ez körülbelül olyan, mintha nevet írnék, meg utcát. Talán egyszer megérkezne levelünk, de nem garantálnám biztosra. Kell egy mód, ami alapján levelünk a leggyorsabban ér célba.
Mikor a borítékra felírjuk az irányítószámot, kihangsúlyoznám, irányító!!, azt mondjuk meg a postának, hogy merre fele küldje. Minden posta rendelkezik egy számmal, és a posták közötti forgalom ezekkel a számokkal történik.
Most a példa megkönnyítéséért mindenkinek legyen egy postafiókja, ezzel egyszerűbb lesz követni.
Vegyünk hálózatokat. Hálózatok ugye gépek összekapcsolása. Tehát definiálunk egy közös tulajdonságot, melyre ha illeszkedik egy gép, akkor egy hálózatban vannak. A mi esetünkben egy hálózatban legyenek azok a postafiókok, melyek egy irányítószám alá esnek. Remélem idáig egyértelmű. Az IP cimünk nem más, mint az irányítószám és a postafiókunk egyfajta kotyvaléka. De mi is az az IP cím?
Az IP-nek (Internet Protokol) jelenleg két verziója él. A 4-es és a 6-os. Amiről most szó lesz, az a 4-es verzió, a 6-os még csak az előszobában jár, a mobil-távközlés fogja a nappalinkba terelni. Az IP cím 4 darab 8-bites számból áll, ezeket ponttal választjuk el. 8 bit => 0..255. A 0-nak és a 255-nek kitüntetett szerepe van, ilyen címet nem kaphat gép. Ez alapján tudunk elérni egy gépet. Elrugaszkodva a postától, ez olyan mint egy telefonszám. Amikor azt mondom, hogy 192.168.1.1, akkor ez egy 4-es verziójú IP cím. Egy hálózati eszköz több ilyen címmel is rendelkezhet (több postafókunk is lehet), de egy IP egy géphez tartozik (1 postafiók csak egy 1 személyé lehet). Valahogy definiálnunk kéne azt a közös tulajdonságot, mely alapján 2 gép egy hálózatba kerül. Erre való a netmask. Ez a netmask olyan mint egy maszk. Innen is ered a neve. Most képzeletben vegyünk két ugyanolyan hosszú bináris számsorozatot. Legyen mondjuk a 100110 és a 101001. Az első legyen a cím, a második a mask. Most helyezzük rá a maskot a címre, ahol egyes van, ott legyen az eredeti szám, ahol nulla, oda ne írjunk semmit. Mi a következőt kaptuk: 1_0__0. Ahol _ jel van, oda írhatunk 0-t vagy 1-et, ahol szám, az változatlan. Amely cimek ezek után erre illeszkedik, az a hálózat tagja lesz. Tehát 110110, 100100 egy hálózatba kerülnek, mert a séma mindkettőre illeszkedik. Most még egy gyors példa. Szeretnénk egy olyan hálózatot, mely 2 gépet számol. 192.168.1.1, legyen az egyik cim, 192.168.1.3 legyen a másik cím. Ekkor a gépek az utolsó előtti bitben térnek el, tehát a netmask 255.255.255.253 (mert a 2^1-n változik, és az 255-2=253), az IP amire pedig illesztek, az a 192.168.1.1. Amúgy ha azt írnám, hogy 192.168.1.0/24, az azt jelenti, hogy az IP cím első 24 bitjének változatlannak kell maradnia, de az utolsó 8 bitre, a mi esetünkben a 0 helyére, bármit írhatunk, azok a gépek egy hálózatban lesznek. Létezik továbbá olyan, hogy broadcast, ez egy kitüntetett IP cím, ez felelős azért, hogy egy csomagot minden gép megkapjon. Például azt szeretnénk elküldeni minden gépnek, hogy kapcsoljon ki. Ilyenkor a broadcast cimre küldünk egy kikapcs üzenetet és ilyenkor ezt az összes, a hálózatban lévő gép meg fogja kapni.
Tehát ez alapján már tudunk gépeket csoportosítani. Most nézzük hogy jut el egy boríték egyik helyről a másikra.
A postára érkezik egy levél, amin van egy irányítószám. Mi is történik ezután. Fogja a hölgy a levelet, megnézi hogy a szám ugyanaz-e, mint az ő ir.számuk. Ha igen, akkor berakja a kiküldésre váró levelek közé. Ha nem, megy a központba, majd ott eldöntik mi legyen vele. A központba megérkeznek a levelek, van rengeteg zsák, az egyik zsák az 1-essel keződőek, a másik a 2-essel, és így tovább. Majd amikor megtelik egy zsák, megnézik a számot, és ha 6-ossal kezdődik akkor megy az Alföldre, és így tovább. Majd az Alföldi központban nézik a második számot, megint zsákba, és így tovább (csak Kecskemét száma ugrott most be…).
Gondolom találkoztunk már azzal a szóval hogy Router. Ha otthon több gépünk van, akkor biztos fent van egy a falon, de léteznek ezekből az eszközökből hatalmas példányok is. A router nem más, mint az a hölgy, vagy úr, aki a leveleket zsákokba rakja. A router olyan, mint egy polip. A lábain hálózatok vannak, és van egy kitüntetett lába, ez lesz a GateWay. Jön egy levél, ami egy IP címmel rendelkezik, mégpedig a címzettel. A router megnézi a címet, majd megnézi létezik e olyan hálózat valamelyik lábán, amire ez a cím illeszkedik. Ha nem, akkor a kitüntetett lábra kerül, vagyis a GateWay-re, majd talán ott eldöntik mi legyen vele. Vagyis amikor a postán a kisasszony megnézte, hogy az irányítószám ugyanaz-e, mint az ő számuk, akkor ha igen, akkor ment az egyik lábon a fiókba, ha nem, akkor gateway-re rakta, majd a feljebblévők eldöntik mi is legyen vele. Megjegyezném, hogy minden gépnek van routing táblája, és minden gép ezáltal egy router. Ha ezt most olvasod, akkor egyben egy router előtt is ülsz, aminek a gateway ága ott lóg hátul…
Ha jobban megnézzük, a levelek egy gráfon (pontok, melyek vonalakkal vannak összekötve) vándorolnak, ahol a csúcsok a posták, élek pedig a postások útja, vagy a vonaté ami szállítja, stbstb. Mondjuk Debrecenbe nem úgy szeretnénk eljuttatni levelünket, hogy elküldjük Győrbe, majd Pécsre, majd Szegedre, és onnan végül Debrecenbe. Kicsit sokba kerülne a postának. Dijkstra (azt hisszem Holland matematikus volt, de most hirtelen ??? ) villamosvezetékek elrendezésére kitalált egy algoritmust, amivel legkevesebb vezetékből lehet elektromos hálózatot építeni. Ez lényegében egy gráfon megkeresi a legkisebb súlyú feszítőfát (egyik pontból a másikba a legrövidebb utat, mégpedig minden pontra működik). Vagyis ha összekötjük a postákat, és utána súlyozzuk az éleket a posták közti utazási idővel, akkor egy gráfot kapunk, melyre ha Dijkstra algoritmusát alkalmazzuk megkapjuk a legrövidebb utat két posta között. A routereket ezek alapján konfigurálják, ezzel érik el, hogy minél kevesebb csomagütközés legyen, és lehetőleg a leggyorsabban jusson el csomagunk a partnerhez. Gondolom nem örülnél neki, ha a 2mbites adsl kapcsolattal csak 3 kbyte/sec-el tudnál tölteni, mert körbeutazza a csomag a világot, pedig csak a szomszédnak küldesz egy mp3-at.
Ha már mp3, vagyis zene. Biztos volt már úgy, hogy walkmant hallgattatok és szerettetek volna megmutatni egy számot a haverotoknak. Viszont a szám sztereóban élvezhető, és … na yolvan, a lényeg hogy szükség volt egy jack osztóra. Hálózatoknál is előfordul, hogy hirtelen bekerül egy gép a lakásba, viszont a routeren már nincs több férőhely. Ilyenkor az ember vesz egy switchet, amivel toldhat. Régebben voltak hubok, mostanában már nem kapni, a switch egy intelligens hub. A switch tudja, hogy milyen gép van a lábánál, a hub nem. A hub minden gépnek elküldi az üzenetet ami ő rá van kötve, a switch csak bizonyos lábán. Röviden ennyi a különbség. A probléma akkor áll fenn, ha nagyobb hálózatunk van, tele switchekkel, meg hálózatokkal, és mondjuk az egyik hálózatnak van csak internet kapcsolata. Előfordulhat ugyanis, hogy kör alakul ki, és ekkor egy csomag el kezd cirkulálni a hálózaton, majd bizonyos idő után persze inaktívvál válik és meghal, de addig is lassítja az adatforgalmat.
Erre használjuk Bellmann-Ford algoritmust, ami szintén egy feszítőfát állít elő, ezzel a switchek kimenő ágait tudjuk korlátozni, ezzel küszöböljük ki a köröket.
2 Responses to “Számítógépes hálózatról konyhanyelven”
Leave a Reply
April 8th, 2010 at 6:51 pm
:) Tök jó, érdekes olvasnivaló volt, köszi!
July 1st, 2013 at 5:14 pm
Es meg kesobb is erdemes elolvasni:D