Itt az ideje, hogy figyelmünket a hálózatok alkalmazási és társadalmi vonatkozásai után (ez volna a desszert) a hálózattervezés műszaki problémáira (a spenótra) irányítsuk. Nincs olyan, általánosan elfogadott osztályozás, amelybe az összes hálózatot be lehetne sorolni, azonban van két fontosnak tűnő szempont: az átviteli technika és a méret. A továbbiakban ezt a kettőt vizsgáljuk.
Az átviteli technikának – tágabb értelemben véve – két széles körben használt típusa van: adatszóró (broadcast) átvitel és kétpontos (point-to-point) átvitel.
A kétpontos kapcsolat számítógép-párokat kötnek össze. Ahhoz, hogy kétpontos kapcsolatokból álló hálózaton eljusson a feladótól a címzettig egy rövid üzenet, melyet bizonyos körülmények között csomagnak (packet) is szoktak nevezni, lehet, hogy egy vagy több közbenső gépen is át kell mennie. Sokszor több, különböző hosszúságú útvonal is lehetséges, ezért a jó útvonalak megtalálása fontos kérdés a kétpontos hálózatokban. A kétpontos átvitelt, ahol egy adó és egy vevő van csak jelen, néha egyesküldésnek (unicasting) is szokták nevezni.
Ezzel szemben az adatszóró hálózatok egyetlen, közös kommunikációs csatornával rendelkeznek, és ezen osztozik a hálózat összes gépe. Ha bármelyik gép elküld egy csomagot, azt az összes többi gép megkapja. A címzettet a csomagon belüli címmezőben lehet megjelölni. Amikor egy gép csomagot kap, megnézi a címmezőt. Ha a csomagot neki szánták, akkor feldolgozza azt, ha pedig nem neki szánták, akkor figyelmen kívül hagyja.
Egy vezeték nélküli hálózat jó példája az adatszóró kapcsolatnak, ahol a kommunikáció közös egy lefedettségi tartományon belül, melyet a vezeték nélküli csatorna és az adógép határoz meg. Az analógia kedvéért képzeljük el, hogy valaki egy sokajtós folyosó végén elkiáltja magát: „Pista, gyere ide! Beszélni akarok veled.”. Bár a felszólítást mindenki hallja, mégis csak Pista fog válaszolni. A többiek egyszerűen nem vesznek róla tudomást.
Az adatszórórendszerek általában lehetővé teszik, hogy a csomag címmezőjében egy speciális kód beállításával minden gép megcímezhető legyen. Ha az ilyen kóddal ellátott csomagot elküldjük, akkor a hálózat összes gépe megkapja és feldolgozza azt. Ezt a működési módot adatszórásnak (broadcasting) nevezzük. Néhány adatszórórendszerben arra is lehetőség nyílik, hogy a gépeknek csak egy meghatározott csoportját címezzük meg. Ez a többesküldés (multicasting).
Egy másik lehetséges szempont a hálózatok osztályozására, a méretük. A távolság azért fontos osztályozási szempont, mert eltérő mérettartományokban más-más technikát használnak.
Az 1.6. ábrán a több feldolgozóegységet tartalmazó rendszereket hozzávetőleges fizikai méretük szerint soroljuk osztályokba. Az ábra tetején a személyi hálózatok (personal area network) helyezkednek el. Ezek olyan hálózatok, amelyeket egyetlen embernek szántak. Ezután következnek a nagyobb kiterjedésű hálózatok. Ezeket helyi, nagyvárosi és nagy kiterjedésű hálózatokra bonthatjuk fel, méret szerint növekvő sorrendben. Végül pedig, a két vagy több hálózat összekapcsolásával létrejött hálózatot összekapcsolt hálózatnak (internetwork) hívjuk. Az egész világot átfogó internet jól ismert példa (de nem ez az egyetlen) egy összekapcsolt hálózatra. Hamarosan még nagyobb összekapcsolt hálózataink lesznek, ha megvalósul a bolygóközi internet (Interplanetary Internet), mely a világűrön keresztül köt majd össze hálózatokat [Burleigh és mások, 2003].
A személyi hálózat (Personal Area Network, PAN) segítségével egy ember környezetében levő eszközök kommunikálhatnak egymással. Jellemző példa az olyan vezeték nélküli hálózat, mely egy számítógépet köt össze a perifériáival. Majdnem minden számítógéphez csatlakoztatunk képernyőt, billentyűzetet, egeret és nyomtatót. Vezeték nélküli technikák használata híján ezeket a kapcsolatokat vezetékkel kellene kiépíteni. Megannyi új felhasználó számára okoz gondot megtalálni a megfelelő kábelt és bedugni a megfelelő lyukba (annak ellenére, hogy ezek általában színkódoltak), hogy a legtöbb számítógép-kereskedő lehetőséget biztosít arra, hogy egy technikus végezze el ezeket a feladatokat a felhasználó otthonában. Ezeknek a felhasználóknak a megsegítésére néhány cég közösen létrehozott egy Bluetooth-nak nevezett vezeték nélküli hálózati technikát, melynek révén az ilyen eszközök kábelek nélkül csatlakoztathatók. Az elgondolás az, hogy ha az eszközök Bluetooth-képesek, akkor nincs szükség vezetékekre. Csak le kell tenni őket, be kell kapcsolni, és már működnek is együtt. Sokak számára ez az egyszerű kezelés nagy pozitívum.
A legegyszerűbb esetben a Bluetooth-hálózatok az 1.7. ábrán szemléltetett mester–szolga működésmódot követik. Általában a rendszeregység (a számítógép) a mester, és az egérhez, billentyűzethez stb. mint szolgákhoz beszél. A mester mondja meg a szolgáknak, hogy milyen címeket használjanak, mikor sugározhatnak, mennyi ideig adhatnak, milyen frekvenciákat használhatnak és így tovább.
A Bluetooth más alkalmazásokban is használható. Gyakran használják arra, hogy vezeték nélkül illesszenek fülhallgatót és mikrofont mobiltelefonhoz, valamint lehetővé teszi azt is, hogy a digitális zenelejátszó készülék kizárólag azáltal kapcsolódjon az autóhoz, hogy a közelébe viszik. Egy teljesen eltérő típusú PAN jön létre, amikor egy beültetett orvosi eszköz, például szívritmus-szabályozó, inzulinpumpa vagy hallókészülék kommunikál a felhasználó által kezelt távirányítóval. Részletesebben is tárgyaljuk majd a Bluetooth technikát a 4. fejezetben.
PAN-hálózatok más olyan technikákkal is létrehozhatók, melyek rövid távon kommunikálnak, mint az intelligens adatkártyákon és könyvtári könyveken jelen levő RFID. Az RFID-et a 4. fejezetben fogjuk tanulmányozni.
A nagyobb kiterjedés felé haladva a következő hálózat a lokális hálózat (Local Area Network, LAN). A LAN olyan magánhálózat, amely egyetlen épületen belül vagy annak környezetében üzemel, például egy lakásban, irodában vagy gyártelepen. Széles körben használják ezeket személyi számítógépek, valamint fogyasztói elektronikus eszközök összekapcsolására, lehetővé téve ezzel a közös erőforrások (például nyomtatók) megosztását és az információcserét. Amikor nagy cégek használnak LAN-okat, vállalati hálózatokról beszélünk (enterprise network).
Manapság nagyon népszerűek a vezeték nélküli LAN-ok, különösen lakásokban, régebbi irodaházakban, kávézókban és más olyan helyeken, ahol túl sok bajjal járna vezetékeket telepíteni. Ezekben a rendszerekben minden számítógépnél találhatunk egy rádiós modemet és egy antennát, melyeket arra használ, hogy más számítógépekkel kommunikáljanak. A legtöbb esetben minden számítógép az 1.8.(a) ábrán mutatott módon egy, a plafonra szerelt eszközzel beszélget. Ez az eszköz, melyet hozzáférési pontnak (Access Point, AP), vezeték nélküli útválasztónak (wireless router) vagy bázisállomásnak (base station) neveznek, csomagokat továbbít a vezeték nélküli számítógépek között, vagy köztük és az internet között. AP-nak lenni olyan, mint népszerű gyereknek lenni az iskolában, mert mindenki vele akar beszélgetni. Ám ha a többi számítógép elég közel van egymáshoz, közvetlenül is kommunikálhatnak P2P- (peer-to-peer) kiépítésben.
Létezik egy IEEE 802.11 nevű szabvány a vezeték nélküli LAN-okra, népszerű nevén a Wi-Fi, mely név nagyon széleskörűen elterjedt. Ez 11 Mb/s-tól akár több száz Mb/s sebességgel képes működni. Ebben a könyvben ragaszkodni fogunk a hagyományokhoz, és megabit/sec-ban (1 Mb/s megfelel 1 000 000 b/s-nak), illetve gigabit/sec-ban (1 Gb/s megfelel 1 000 000 000 b/s-nak) fogjuk mérni a vonalak sebességét. A 802.11 technikát a 4. fejezetben tárgyaljuk.
A vezetékes LAN-ok különféle átviteli technikákat alkalmaznak. A legtöbb LAN rézvezetéket használ, de némelyik fényvezető szálat. A LAN-ok mérete szigorúan korlátos, így az átviteli idő a legrosszabb esetben is korlátos és előre ismert. Az időkorlát ismerete segít a hálózati protokollok tervezésekor. A vezetékes LAN-ok jellemzően 100 Mb/s vagy 1 Gb/s sebességgel üzemelnek, alacsony a késleltetésük (néhány mikro- vagy nanoszekundum), és nagyon kevés hibát vétenek. Az újabb LAN-ok sebessége egészen 10 Gb/s-ig terjed. A vezeték nélküli hálózatokkal összehasonlítva a vezetékes LAN-ok minden téren jobbak. Egyszerűen könnyebb vezetéken vagy üvegszálon jeleket küldeni, mint a levegőn keresztül.
Sok vezetékes LAN topológiája kétpontos kapcsolatokból épül fel. Az IEEE 802.3-as szabvány – vagy népszerűbb nevén az Ethernet – messze a leggyakoribb típusa a vezetékes helyi hálózatoknak. Az 1.8.(b) ábrán példát láthatunk a kapcsolt Ethernet topológiára (switched Ethernet). Minden számítógép az Ethernet-protokollt használja, és egy kétpontos kapcsolattal egy kapcsolónak (switch) nevezett eszközhöz kapcsolódik. A kapcsolónak több portja van (kapu, bemeneti-kimeneti csatlakozási pont), melyekhez egy-egy számítógép csatlakozhat. A kapcsoló feladata az, hogy továbbítsa a csomagokat[4] a csatlakoztatott számítógépek között, a csomagokban levő címzés alapján meghatározva, hogy melyik számítógépnek kell küldeni.
Nagyobb LAN-ok építéséhez a kapcsolók egymásba is bedughatók a portjaikon keresztül. Mi történik, ha körkörösen csatlakoztatjuk őket? Működni fog így is a hálózat? Szerencsére a tervezők gondoltak erre az eshetőségre is. A hálózati protokoll feladata, hogy kitalálja, milyen útvonalon kell utazniuk a csomagoknak, hogy biztonságosan elérjék a kívánt számítógépet. A 4. fejezetben látni fogjuk, hogy ez hogyan működik.
Szintén lehetséges egy nagy fizikai LAN két kisebb, logikai részre osztása. Felmerül a kérdés, hogy miért lehet ez hasznos. Néha a hálózati eszközök elhelyezése nem követi a szervezet struktúráját. Például egy vállalat mérnöki és pénzügyi osztályához tartozó számítógépek ugyanazon a fizikai LAN-on lehetnek, mert ugyanabban az épületszárnyban vannak, de egyszerűbb lehet a rendszert felügyelni, ha a mérnöki és pénzügyi osztályok saját logikai hálózattal, ún. virtuális helyi hálózattal (Virtual LAN, VLAN) rendelkeznek. Ebben a felállásban minden portot megcímkézünk egy „színnel”, mondjuk zölddel a mérnöki és pirossal a pénzügyi területet. Ezt követően a kapcsoló úgy továbbítja a csomagokat, hogy a zöld portokhoz csatlakoztatott számítógépek külön vannak választva a piros portokba dugott gépektől. Például egy piros porton küldött adatszóró csomag nem érkezik meg a zöld portokra, mintha két különálló LAN létezne. A VLAN-okról a 4. fejezet végén lesz szó.
Léteznek más LAN-topológiák is. Valójában a kapcsolt Ethernet annak az eredeti Ethernet-kialakításnak a modern változata, amely egyetlen közös kábelszakaszon továbbította a csomagokat adatszórással. Egyszerre legfeljebb egy gép volt képes sikeresen adni, és egy elosztott döntési folyamat oldotta fel az ütközéseket. Ez egy egyszerű algoritmuson alapult: a számítógépek bármikor adhattak, amikor a kábel kihasználatlan volt. Ha két vagy több csomag ütközött, minden számítógép várt egy véletlenszerű időtartamot, és később újra próbálkozott. Ezt a változatot az egyértelműség céljából klasszikus Ethernetnek vagy normál Ethernetnek fogjuk hívni, és ahogy sejthető, a 4. fejezetben fogunk róla többet megtudni.
Mind a vezeték nélküli mind a vezetékes adatszóró hálózatok működési elvük szerint lehetnek statikusak vagy dinamikusak aszerint, hogy a csatorna-hozzárendelés hogyan megy végbe. A statikus hozzárendelés egyik tipikus esete az, amikor diszkrét időintervallumokat definiálunk, és egy körforgó algoritmus szerint minden gép csak akkor küldhet adatszórással üzenetet, amikor elérkezett az ő időszelete. A statikus hozzárendelés elpazarolja a csatornakapacitást, amikor egy gépnek nincs továbbítandó üzenete a neki szánt időszelet alatt, emiatt a legtöbb rendszer inkább a dinamikus (azaz kérés alapján történő) csatorna-hozzárendeléssel próbálkozik.
A közös csatorna dinamikus hozzárendelésekor központosított és elosztott módszerek léteznek. Centralizált csatorna-hozzárendelés esetén mindig van egy olyan egység, amely meghatározza, hogy ki adhat következőnek (például a bázisállomás a mobiltelefon-hálózatok esetében). Egyik lehetséges módja ennek, hogy miután megkapta a kéréseket, valamilyen belső algoritmus alapján hoz döntést. Elosztott csatorna-hozzárendelés esetén nincs központi egység, hanem mindegyik gépnek magának kell eldöntenie, hogy ad-e vagy sem. Azt gondolhatnánk, hogy ez folyton káoszt eredményez, pedig nincs így. A későbbiekben látni fogunk olyan algoritmusokat, amelyeket arra találtak ki, hogy káoszveszély esetén rendet teremtsenek.
Érdemes egy kis időt szánnunk az otthoni LAN-ok kérdésére. Valószínű, hogy a jövőben minden háztartási gép képes lesz kommunikálni a többi otthoni eszközzel, és mindet el lehet majd érni az interneten keresztül. Ez a fejlesztés egyik azok közül a látnoki elgondolások közül, amelyeket senki sem kért (mint a tv-távirányítót vagy a mobiltelefont), de amint megjelentek, senki sem tudja elképzelni, hogyan is élhetett nélkülük.
Sok eszköznek már most is vannak hálózati képességei. Idetartoznak a számítógépek, olyan szórakoztatóelektronikai eszközök, mint a televíziók és DVD-lejátszók, telefonok és más fogyasztói elektronikus eszközök, mint a fényképezőgépek, rádiós ébresztőórák, és az infrastruktúra olyan elemei is, mint a közművek fogyasztásmérői vagy a hőfokszabályzók. Ez az irányvonal csak folytatódni fog. Például egy átlagos otthonban legalább egy tucat óra van (például különböző készülékekben), melyek mind alkalmazkodhatnának a nyári és téli időszámításhoz, ha elérnék az internetet. Valószínűleg a lakás távellenőrzése lenne a győztes megoldás, mivel sok felnőtt gyermek lenne hajlandó pénzt költeni arra, hogy segítsen az idősödő szüleinek, hogy biztonságban élhessenek az otthonukban.
Azt gondolhatnánk, hogy az otthoni hálózat nem más, mint csak egy másik LAN, valószínűleg más tulajdonságokkal, mint a többi hálózat. Először is a hálózatba kötött eszközöknek nagyon könnyen telepíthetőnek kell lenniük. A vezeték nélküli útválasztók a leggyakrabban visszavitt fogyasztói elektronikus cikkek közé tartoznak. Az emberek azért vesznek ilyet, mert az otthonukban egy vezeték nélküli hálózatot szeretnének. Azt tapasztalják azonban, hogy az eszköz a „doboz kinyitásakor” nem működik, majd visszaviszik ahelyett, hogy monoton zenét hallgatnának, miközben a technikai segélyvonalon várakoznak.
Másrészt a hálózatnak és az eszközöknek egyaránt üzembiztosan kell működniük. A légkondicionálóknak régebben egyetlen forgatókapcsolójuk volt négy állással: KI, GYENGE, KÖZEPES és ERŐS. Most 30 oldalas használati útmutatójuk van. Amint hálózatba lesznek kötve, számítsunk arra, hogy csak a biztonságról szóló fejezet maga 30 oldal lesz. Ez azért probléma, mert kizárólag a számítógép-felhasználók nyugodtak bele a nem működő termékekbe, az autó-, televízió- vagy hűtőgépvásárló közönség kevésbé toleráns. Ők azt várják el, hogy a termékek 100%-osan működjenek anélkül, hogy szerelőt kelljen hívni.
Harmadrészt, az alacsony árak nélkülözhetetlenek a sikerhez. Az emberek nem fognak 50 dollár felárat fizetni egy internetes hőmérséklet-szabályzóért, mert kevesen gondolják, hogy az otthoni hőmérséklet ellenőrzése a munkahelyről ennyire fontos lenne. Plusz 5 dollárért azonban lehet, hogy elkelne.
Negyedrészt, tudni kell egy vagy két eszközzel indulni, majd fokozatosan kiterjeszteni a hálózat által elért eszközök körét. Ez a formátumháborúk kizárásával jár. Ha azt mondjuk a vásárlóknak, hogy IEEE 1394 (FireWire) interfésszel felszerelt perifériákat vegyenek, majd pár évvel később visszalépünk, és kijelentjük, hogy az USB 2.0 a hónap interfésze, majd ezt a 802.11g-re változtatjuk – hoppá, nem, legyen inkább 802.11n – úgy értem, 802.16 (más típusú vezeték nélküli hálózat) – ez nagyon bosszantani fogja a vásárlókat. A hálózati interfésznek évtizedekig változatlannak kell maradnia, mint ahogy a televíziós műsorszórás szabványai is változatlanok.
Ötödrészt, a biztonság és a megbízhatóság is nagyon fontos lesz. Egy dolog elveszíteni néhány állományt egy e-levélben kapott vírus miatt, de hogy egy betörő a hordozható számítógépéről kikapcsolja a teljes biztonsági rendszerünket, majd kifossza az otthonunkat, az egészen más dolog.
Érdekes kérdés, hogy vajon vezetékesek vagy vezeték nélküliek lesznek-e az otthoni hálózatok. A kényelem és az ár a vezeték nélküli hálózatoknak kedvez, mert nincs szükség kábelezés kialakítására vagy – ami még rosszabb – áttervezésére. A biztonsági szempont a vezetékes hálózatokat részesíti előnyben, mert a vezeték nélküli hálózatok által használt rádióhullámok elég jól keresztülhaladnak a falakon. Nincs mindenki elragadtatva attól az ötlettől, hogy a szomszédja potyázzon az internetkapcsolatán, és az e-levelezését olvassa. A 8. fejezetben azt fogjuk tanulmányozni, hogy hogyan növelhető a biztonság a titkosítás révén, de gyakorlatlan felhasználók esetében ezt könnyebb mondani, mint megtenni.
Egy harmadik – lehet, hogy vonzó – lehetőség az otthonokban már eleve meglevő hálózatok újrafelhasználása. Egy kézenfekvő jelölt az elektromos vezetékhálózat, mely az egész házban telepítve van. Az erősáramú hálózatok (power-line network) révén a konnektorba dugott eszközök az egész ház számára üzenetszórással továbbíthatnak információt. A tv-t mindenképpen be kell dugni, és ily módon ezzel egy időben internetkapcsolat is létesíthető. A nehézség abból adódik, hogy hogyan továbbítsuk egyszerre az áramot és az adatjeleket. A válasz egyik fele az, hogy ezek más frekvenciasávokat használnak.
Röviden tehát az otthoni LAN-ok sok lehetőséget és kihívást kínálnak. Ez utóbbi nagyrészt a könnyű kezelhetőségre, a megbízhatóságra, az alacsony árra, valamint a biztonságra vonatkozik, különösen műszaki területen nem jártas felhasználók esetében.
A nagyvárosi hálózat (Metropolitan Area Network, MAN) egy város egész területét fedi le. A MAN-ok legközismertebb példája a sok városban elérhető kábeltévé-hálózat. Ez a rendszer azokból a régebben megosztottan használt közösségi antennarendszerekből nőtte ki magát, amelyeket az olyan területeken használtak, ahol a földi sugárzású adókat egyébként nagyon gyenge minőségben lehetett venni. Ezekben a korai rendszerekben egy nagy antennát telepítettek egy közeli domb tetejére, és onnan kábelen vitték át a jelet az előfizetők házaiba.
Kezdetben ezek helyben tervezett, ad hoc jellegű (alkalomnak megfelelően összeállított) rendszerek voltak. Később a nagyobb cégek is elkezdtek beszállni az üzletbe, és a helyi önkormányzatoktól egész városok behálózására szóló megbízásokat nyertek el. A következő lépést a tv-programok kidolgozása jelentette, kialakultak kifejezetten kábeles terjesztésre szánt csatornák is. Ezek a csatornák sok esetben nagyon szűk témákra szakosodtak, mint például csak hírek, sport, főzés, kertészet és más hasonló témák. Mindazonáltal egészen az 1990-es évek végéig kizárólag tv-adások vételére használtuk a kábeltévé-hálózatokat.
Amikor az internet már nagy tömegeket kezdett vonzani, a kábeltévé-üzemeltetők lassan ráébredtek arra, hogy néhány helyen megváltoztatva a rendszert, kétirányú internet-hozzáférést tudnak szolgáltatni a frekvenciaspektrum addig nem használt részein. Ez volt az a pillanat, amikor a kábeltévérendszer elkezdett a kizárólag tv-adások elosztására alkalmas eszközből átalakulni nagyvárosi hálózattá. Első közelítésben egy MAN az 1.9. ábrán látható rendszerhez hasonlóan néz ki. Az ábrán látható, hogy mind a tv-jeleket, mind az internetet bevezetik a központi fejállomásba (cable headend), hogy az szétossza a hálózathoz kapcsolódó házak között. Erre a témára még részletesen vissza fogunk térni a 2. fejezetben.
A kábeltévé-hálózat nem az egyetlen létező MAN. A közelmúlt nagy sebességű vezeték nélküli internet-hozzáférést érintő fejlesztéseinek eredménye egy másik MAN, amelyet az IEEE 802.16-os szabvány rögzít, és WiMAX néven ismert. A 4. fejezetben fogjuk ezt megvizsgálni.
A nagy kiterjedésű hálózat (Wide Area Network, WAN) nagy földrajzi kiterjedésű területeket fed le, sokszor egy egész országot vagy kontinenst. A téma tárgyalását a vezetékes WAN-okkal fogjuk kezdeni, egy olyan vállalat példáján keresztül, melynek több városban van kirendeltsége.
Az 1.10. ábrán szereplő nagy kiterjedésű hálózat az ausztráliai Perth, Melbourne és Brisbane városokban található irodákat köti össze. Mindegyik irodában találhatók számítógépek, amelyeket felhasználói programok (vagyis alkalmazások) futtatására szántak. A hagyományos szóhasználatot követve ezeket a gépeket gazdagépeknek vagy hosztoknak (host) fogjuk nevezni. A hálózat maradék része a hosztokat összekötő kommunikációs alhálózat (communication subnet) vagy röviden alhálózat (subnet). Az alhálózat feladata az, hogy üzeneteket vigyen át az egyik hoszttól a másikig ahhoz hasonlóan, ahogyan egy telefonrendszer szavakat (valójában csak hangokat) visz át az egyik előfizetőtől a másikig.
A legtöbb nagy kiterjedésű hálózatban az alhálózat két különböző elemből épül fel: az átviteli vonalakból és a kapcsoló elemekből. Az átviteli vonalak (transmission line) biteket tudnak mozgatni gépek között. Készülhetnek rézvezetékből, fényvezető szálból vagy lehetnek akár rádiós kapcsolatok is. A kapcsolóelemek (switching element) vagy csak kapcsolók (switch), olyan speciális számítógépek, amelyek két vagy több átviteli vonalat kötnek össze egymással. Amikor adatok érkeznek egy bejövő vonalon, a kapcsolóelem kiválaszt egy kimenő vonalat, és azon a vonalon továbbítja az adatokat. Ezeket a kapcsoló számítógépeket sokféleképpen nevezték a múltban, a mai szóhasználatban leginkább elterjedt nevük a router [5] (útválasztó).
Ide kívánkozik egy, az „alhálózat” kifejezéssel kapcsolatos rövid megjegyzés. Eredetileg ennek a szónak az egyetlen jelentése a küldő hoszt és a címzett hoszt között csomagokat továbbító átviteli vonalak és útválasztók összessége volt. Figyelemmel kell lennünk arra, hogy szerzett egy újabb, második jelentést is a hálózati címzéssel kapcsolatban. Azt a jelentést az 5. fejezetben fogjuk tárgyalni, addig azonban a szó eredeti jelentéséhez (átviteli vonalak és útválasztók összessége) tartjuk magunkat.
Az alapján, ahogy eddig jellemeztük, a WAN tulajdonképpen egy nagy vezetékes LAN-hoz hasonlónak látszik, de van néhány fontos különbség, melyek túlmutatnak a hosszú vezetékeken. Általában egy WAN-ban a hosztok és az alhálózat más-más tulajdonában és felügyelete alatt állnak. A mi példánkban az alkalmazottak is felelősek lehetnek a saját számítógépeikért, míg a vállalat informatikai osztálya felel a hálózat többi részéért. Tisztább határokat fogunk látni az elkövetkező példákban, melyekben az internetszolgáltató vagy a telefontársaság üzemelteti az alhálózatot. A tisztán kommunikációs feladatok (az alhálózat) különválasztása az alkalmazásokkal kapcsolatos feladatoktól (a hosztok) nagyban leegyszerűsíti a teljes hálózat tervezését.
A második különbség, hogy az útválasztók általában különböző hálózati technikákat kapcsolnak össze. Az irodákban található hálózat lehet például kapcsolt Ethernet, míg a nagy távolságú átviteli vonalak lehetnek SONET-kapcsolatok (melyeket a 2. fejezetben fogunk tárgyalni). Valamilyen eszköznek össze kell ezeket kapcsolnia. A figyelmes olvasó észreveheti, hogy ez túlmutat a hálózat definícióján. Ez azt jelenti, hogy sok WAN-t valójában összekapcsolt hálózatok (internetwork) alkotnak, melyek több hálózatból összeálló összetett hálózatok. Az összekapcsolt hálózatokról a következő szakaszban olvashatunk majd többet.
Az utolsó különbség, hogy miket csatlakoztatunk az alhálózathoz. Ezek lehetnek önálló számítógépek, mint a LAN-ok esetében, vagy lehetnek egész LAN-ok. Ez az a mód, ahogy a nagyobb hálózatok kisebbekből felépülnek. Ami az alhálózatot illeti, ugyanezt a feladatot teljesíti.
Most megtehetjük, hogy megvizsgáljuk a WAN-ok két további változatát. Először is egy vállalat ahelyett, hogy dedikált átviteli vonalakat bérelne, az internetre kötheti az irodáit. Ez lehetővé teszi, hogy az irodák közötti összeköttetések virtuális kapcsolatokként működjenek, melyek az alatta lévő internet kapacitását használják. Ezt az 1.11. ábrán mutatott elrendezést virtuális magánhálózatnak (Virtual Private Network, VPN) nevezzük. A dedikált kialakítással összehasonlítva a VPN-nél megtaláljuk a virtualizáció szokásos előnyeit, vagyis azt, hogy egy erőforrás (az internetre kapcsolódás) rugalmas újrafelhasználását biztosítja. Hogy ezt belássuk, gondoljuk csak végig, hogy mennyire egyszerű egy negyedik irodát hozzáadni a hálózathoz. A VPN azonban magában hordja a virtualizáció szokásos hátrányát is, mely az alatta lévő erőforrások feletti irányítás hiánya. Egy dedikált vonallal a kapacitás tisztán látható. Egy VPN-t használva viszont a kapott kapacitás az internetszolgáltatással ingadozhat.
A másik változat az, hogy az alhálózatot egy másik vállalat üzemelteti. Az alhálózat üzemeltetőjét hálózati szolgáltatónak (network service provider) nevezzük, és az irodák az ügyfelei. Ezt a struktúrát láthatjuk az 1.12. ábrán. Az alhálózat üzemeltetője más ügyfelekkel is kiépít hálózati kapcsolatot, feltéve, hogy tudnak fizetni, és az üzemeltető képes szolgáltatást nyújtani a számukra. Mivel eléggé csalódást keltő lenne a hálózati szolgáltatás, ha az ügyfelek csak egymásnak tudnának csomagokat küldeni, az alhálózat üzemeltetője más hálózatokhoz is kapcsolódni fog, amelyek az internet részei. Az ilyen alhálózat üzemeltetőjét internetszolgáltatónak (Internet Service Provider, ISP) nevezzük, az alhálózat pedig az ISP-hálózat (ISP network). Az ügyfelek, akik az ISP-hez kapcsolódnak, internetszolgáltatást kapnak.
Felhasználhatjuk az internet-szolgáltatói hálózatot arra, hogy bemutassunk néhány kulcskérdést, melyeket a következő fejezetekben fogunk tanulmányozni. A legtöbb WAN-ban a hálózat számos átviteli vonalból áll, és mindegyik egy-egy útválasztópárt köt össze. Ha két olyan útválasztó akar egymással kommunikálni, amelyek között nincs közvetlen átviteli vonal, akkor azt csak közvetetten tehetik meg, más útválasztókon keresztül. Létezhet több olyan út is a hálózatban, amelyik összeköti ezt a két útválasztót. Azt a módot, ahogyan a hálózat eldönti, hogy melyik útvonalat használja, útválasztó (vagy forgalomirányító) algoritmusnak (routing algorithm) nevezzük. Sok változata létezik. Azt, ahogyan az egyes útválasztók eldöntik, hogy egy csomagot hova továbbítsanak következő lépésként, továbbító algoritmusnak (forwarding algorithm) nevezzük. Ezeknek is sok változata létezik. Mindkét típusból néhány algoritmust részletesen is meg fogunk vizsgálni az 5. fejezetben.
Más típusú WAN-ok nagyban hagyatkoznak a vezeték nélküli technikákra. A műholdas rendszerekben minden földi számítógép rendelkezik egy antennával, amelynek segítségével adni és adásokat fogadni tud a Föld körüli pályán keringő műholdon keresztül. Minden útválasztó hallja a műholdról érkező jeleket, és egyes esetekben a többi útválasztó felfelé, a műholdra küldött adásait is. A műholdas hálózatok természetüknél fogva adatszórásos rendszerek, és ezért az olyan esetekben a leghasznosabbak, ahol az adatszórás képessége fontos.
A mobiltelefon-hálózat egy másik példa a vezeték nélküli technikát alkalmazó WAN-ra. Ez a rendszer máris megélt három generációt, és küszöbön áll a negyedik. Az első generáció analóg volt, és kizárólag hangátvitelre volt alkalmas. A második generáció digitális volt, de szintén kizárólag hangátvitelt támogatott. A harmadik generáció is digitális, és egyaránt használható hang és adat továbbítására. A mobiltelefon-bázisállomások sokkal nagyobb területet fednek le, mint a vezeték nélküli LAN-ok, a hatósugaruk kilométerekben mérhető, nem pedig tíz méterekben. A bázisállomásokat egy gerinchálózat kapcsolja össze, mely általában vezetékes. A mobiltelefon-hálózatok adatátviteli sebessége gyakran az 1 Mb/s nagyságrendben mozog, ami sokkal alacsonyabb, mint a vezeték nélküli LAN-ok által elérhető 100 Mb/s nagyságrend. A 2. fejezetben rengeteg mondanivalónk lesz ezekről a hálózatokról.
A világon számos hálózat létezik, és ezek hardvere és szoftvere sok esetben eltér egymástól. Azok a felhasználók, akik egy adott hálózathoz kapcsolódnak, gyakran szeretnének más hálózatokhoz kapcsolódó felhasználókkal is kommunikálni. Ez az igény váltotta ki a különböző, egymással sokszor nem kompatibilis hálózatok összekapcsolását. Az ily módon összekapcsolt hálózatokat együttesen összekapcsolt hálózatnak (internetwork vagy röviden internet) hívjuk. Ezeket a kifejezéseket általános értelemben fogjuk használni, szemben a világméretű internettel, a világhálóval (ami egy kitüntetett internet). Az utóbbi az ISP-k hálózatát használja arra, hogy vállalati, otthoni és sok más típusú hálózatokat összekapcsoljon. A világhálót részletesen is bemutatjuk a könyv későbbi fejezeteiben.
Az alhálózatot, a hálózatot és az összekapcsolt hálózatot gyakran összekeverik. Az „alhálózat” kifejezés a nagy kiterjedésű hálózatok esetén értelmezhető a leginkább, ahol a hálózat üzemeltetőjének tulajdonát képező útválasztók és az átviteli vonalak együttesét jelenti. Ehhez hasonlóan a telefonhálózatok is nagy sebességű vonalak által összekötött telefonközpontokból, valamint kis sebességű vonalakkal csatlakoztatott otthonokból és cégekből állnak. Ezek a vonalak és központok a telefontársaság tulajdonát képezik, és az felügyeli a működésüket. A telefonhálózatban az átviteli vonalak és a telefonközpontok alkotják az alhálózatot. A telefonkészülékek, akárcsak a hosztok, nem képezik részét az alhálózatnak.
A hálózatot az alhálózat és a hosztok együttesen alkotják. A „hálózat” szót is gyakran használják azonban szabadabb értelmezésben. Egy alhálózatot is jellemezhetünk hálózatként, mint ahogy az 1.12. ábra internet-szolgáltatói hálózata esetében tettük. Egy internetet is nevezhetünk egyszerűen hálózatnak, mint az 1.10. ábrán bemutatott WAN-t. Hasonlóan fogunk eljárni a könyvben, és amikor meg kívánjuk különböztetni a hálózatot más összeállítású rendszerektől, ragaszkodni fogunk az eredeti definíciónkhoz, miszerint a hálózat egyetlen hálózati technikával összekapcsolt számítógépek együttese.
Essen több szó arról, hogy miből áll egy összekapcsolt hálózat. Tudjuk, hogy egy internet különálló hálózatok összekapcsolásával keletkezik. A mi nézőpontunkból egy LAN és egy WAN, vagy két LAN összekötése internetet alkot, de ezen a területen kevés egyetértés tapasztalható a szóhasználatban. Két hasznos ökölszabály van. Az egyik az, hogy ha különálló szervezetek fizettek a hálózat különböző részeinek megépítéséért, és külön-külön tartják karban a saját részüket, akkor internetről van szó, nem pedig egyetlen hálózatról. Abban az esetben is valószínűleg két külön hálózattal van dolgunk, ha a két rész különböző átviteli technikán alapul (például adatszórás vagy kétpontos összeköttetés, illetve vezetékes vagy vezeték nélküli kapcsolat).
Mélyebbre tekintve beszélnünk kell arról, hogy hogyan lehetséges két különböző hálózatot összekapcsolni. Annak a gépnek, amely két vagy több hálózatot kapcsol össze, és biztosítja az átjárhatóságot mind hardver, mind szoftver szempontjából, az általános elnevezése átjáró (gateway). Az átjárókat az alapján a réteg alapján különböztetjük meg, amelyikben tevékenységüket végzik a protokollhierarchiában. A következő szakasszal kezdődően sokkal többet fogunk elmondani a hálózati rétegekről és protokollhierarchiákról, de egyelőre úgy képzeljük el ezeket, hogy a felsőbb rétegek az alkalmazásokhoz kötődnek szorosabban, például a webhez, míg az alsóbb rétegek az átviteli összeköttetésekhez, például az Ethernethez.
Mivel egy internet kialakításának előnye éppen az, hogy számítógépeket köt össze hálózatokon átívelő módon, nem szeretnénk túlságosan alacsony szintű átjárókat használni, mert különben képtelenné válnánk eltérő típusú hálózatok között kapcsolatot létesíteni. A túl magas szintű átjárók sem kívánatosak, mert a kapcsolat csak bizonyos alkalmazások esetében lenne működőképes. A középen elhelyezkedő „pont jó” szintet gyakran hálózati rétegnek nevezzük, és az útválasztók azok az átjárók, amelyek a hálózati rétegben továbbítják a csomagokat. Tehát mostantól úgy is felismerhetünk egy internetet, hogy útválasztókkal épült hálózatot keresünk.