Zapojování síťových prvků

Vítejte v kapitole, kde zjistíme, jak jednotlivé uzly fyzicky propojíme. Poznáme různá fyzické média, které počítače propojují. Poznáme bezdrátovou komunikaci a naučíme se rozlišovat přenosy v základním pásmu od širokopásmových.

Propojení sítě, síťové karty a fyzická média

Karty pro síťové rozhraní

Síťové karty fungují jako fyzické rozhraní nebo spojení mezi počítačem a síťovým kabelem. Karty (Network Interface Card) se instalují do rozšiřujícího slotu PCI (pokud nejsou integrované na základní desce) každého počítače v sítí. Po nainstalování karty se k portu karty připojí síťový kabel a tím se zřídí fyzické spojení počítače se zbytkem sítě.

Role síťové karty:

Připravovat data z  počítače pro síťový kabel. Data se v počítači pohybují po cestách, kterým se říká sběrnice. Díky tomu, že je několik cest vedle sebe (paralelně), mohou se data po nich pohybovat ve skupinkách. Dnes 16 nebo 32 bitové sběrnice (16 bitová sběrnice – dálnice se 16 jízdními pruhy a v každém jeden bit). Síťovým kabelem, ale data procházejí v jediném toku bitů (sériově). Síťová karta převede digitální signály počítače na elektrické nebo optické signály pro přenos kabely.

Posílat data do jiného počítače. Kromě transformace dat musí síťová karta také označit pro zbytek sítě jejich umístění (jedinečná adresa zdroje a cíle dat). Fyzické adresy síťových karet jsou označovány komisí IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineering, Inc.). Komise přiděluje každému výrobci síťových karet skupinu adres, z kterých výrobce vytvoří jedinečnou adresu, kterou zakóduje na čip na kartě.

Kontrola toku dat mezi počítačem a kabelovým systémem.

Síťové karty mají tyto konfigurovatelné volby – přerušení, bázovou adresu V/V portu, bázovou adresu paměti a tranceiver.

Existuje několik typů karet od různých výrobců, ale všechny pracují v podstatě stejně. Spravují tok síťových infor­mací z a do počítače, ve kterém jsou zapojeny. Rozdíl mezi různými síťovými kartami je za­ložen především na typu počítače, pro který byly vyrobeny. Například počítače IBM PC a s nimi kompatibilní vyžadují jeden typ karty, počítače Macintosh vyžadují jiný. Karta komunikuje pomocí ovladačů se síťovým programovým vybavením na uzlu (shell nebo operační systém) na jednom konci a sítí (kabel nebo jiné uzly) na konci druhém.

Síťové kabely a konektory

Kabel je izolovaný vodič (nebo několik vodičů), který je připojen ke každé síťové kartě v síti, a proto se stává přenosovou cestou pro síťová data. Pokud síť sahá do extrémně široké oblasti, je propojení kabelem nepraktické, tyto sítě mohou pro vytvoření spojení použít existující telefonní linky nebo speciální pevné linky. Třetí alternativou jsou bezdrátové přenosové služby.

Pro propojení sítí se používají tyto kabely:

koaxiální kabel (tenký a tlustý)

kroucená dvoulinka (nestíněná a stíněná)

kabel z optických vláken

Přenosové rychlosti kabelů:

Kabel, který přenáší pouze jeden signál, vykonává tzv. přenos v základním pásmu (baseband - technika přenosu signálů, při kterém je vstupní signál okamžitě převáděn na přenosové médium bez činnosti modulačního prvku, tato metoda je levná, lze ji použít po přenos na krátké vzdálenosti a při dostatečné šířce pásma). Některé kabely umožňují přenos více signálů, přenášených na různých frekvencích. Nazývají se širokopásmové kabely (broadband - technika přenosu signálů, při které je vstupní signál modulován před dalším přenosem, signál lze vysílat i na několika frekvencích nezávislé na sobě). Širokopásmové kabely jsou dražší a potřebují další vybavení pro modulaci frekvence.

Kabely jsou charakterizovány maximální rychlostí, kterou jsou schopny přenášet data. Rychlost přenosu dat je dána počtem megabitů přenášených za sekundu. Mezi nejběžnější typ patří kabel pro přenos 10 Mbitů/s - 100Mbitů/s.

Dále je kabel charakterizován maximální délkou jednoho segmentu (ve stovkách metrů), který můžeme použít bez poškození elektrického signálu.

Pojem 10 BASE-2 znamená, že kabel umožňuje přenos v základním pásmu, rychlostí 10 megabitů za sekundu a může být použit do délky až 200 metrů.

Kabel typu kroucená dvoulinka je označen písmenem T (10 BASE-T).

Komponenty kabelů:

Vodič, který tvoří médium pro přenos signálů. Vodičem může být buď měděný drát nebo skleněná trubice.

Izolace nějakého typu kolem vodiče, která pomáhá signál udržovat a zabraňuje rušení.

Vnější plášť nebo izolační vrstva, která obaluje prvky kabelu. Plášť drží součásti kabelu pohromadě a může také pomáhat chránit tyto součásti před vodou, tlakem nebo jiným poškozením.

Hlavní druhy kabelů:

Koaxiální kabel (coaxial cable) používá se v  sítích se základním pásmem nebo v širokopásmových sítích. Existují dva druhy koaxiálního kabelu – tenký (thinnet) a tlustý (thicknet). Skládá se z měděného jádra obaleného izolací. Vnější plášť je vytvořený z mědi nebo hliníku a pracuje jako vodič. Tento typ kabelu se používá i jako součást kabelové televize.

Tenký koaxiální kabel je ohebný a dokáže přenášet signál až na vzdálenosti přibližně 185 metrů, než se na signálu začne projevovat útlum. Tlustý koaxiální kabel je schopen nést signál na vzdálenost 500 metrů. Jak tenký, tak i tlustý koaxiální kabel používají pro spojení kabelu s počítači spojovací prvky zvané BNC (British Naval Connector). Kabelový konektor BNC je buď připájený nebo nalisovaný na konec kabel. Pomocí konektoru T-konektor BNC se připojuje kabel k síťové kartě
a I-konektor BNC slouží ke spojení dvou segmentů tenkého koaxiálního kabelu s cílem získat delší kabel. Terminátor BNC zakončuje konce sběrnicového kabelu a pohlcuje chybové signály.

Kroucený pár (dvoulinka) - (twisted pair) je nejlevnější typem síťového média a snadno se instaluje. Podobá se telefonnímu kabelu. Skládá se ze dvou izolovaných drátů vzájemně zkroucených tak, že se do každého z nich indukuje z okolí stejné množství rušení. Tento šum z okolního prostředí se stává částí přenášeného signálu. V kabelu jsou jednotlivé kroucené páry shlukovány do svazků. Počet svazků v sítí LAN je 25 párů. Existují dva typy dvoulinek: stíněná (STP) a nestíněná (UTP – normy kategorie 1, kategorie 2, kategorie 3, kategorie 4, kategorie 5). Pro zapojení dvoulinky do počítače se používají konektory RJ-45. Hlavním omezujícím faktorem krouceného páru je jeho omezený dosah a jeho citlivost na elektrické rušení. Výhoda tohoto kabelu spočívá v tom, že při poruše kroucené dvojlinky nezhavaruje celá síť. Použití nestíněné kroucené dvoulinky pro sítě 10BaseT Ethernet, sítě ARCnet , určité úseky sítě IBM Token Ring, telefonní linky pro přenos hlasu.

Optický kabel (optical cable) jeho použití v sítích LAN bylo v posledních letech jednou z nejvýznamnějších novinek. Tento způsob přenosu má řadu výhod vedle koaxiálnímu kabelu a kroucenému páru a to v rychlosti přenosu a hlavně je imunitní vůči elektromagnetickému a radiovému rušení. Je schopen přenášet signál beze ztráty na vzdálenost několika kilometrů. V současné době je to nejdražší přenosové médium. Tento kabel je tvořen tenkou skleněnou nebo plastickou trubicí, širokou jako lidský vlas, která je chráněna tlustou plastickou výplní a vnějším plastickým obalem. Signál je přenášen pomocí světelného paprsku vysílaného pulsujícím laserem, nikoliv elektrickým signálem o určité velikosti. Světlo skýtá mnohem větší výhody než elektřina. Světelný signál může cestovat déle, rychleji a mnohem spolehlivěji hlavně proto, že není zeslabován útlumem měděných kabelů a může pulsovat na mnohem vyšších frekvencích. Kabel s optickým vláknem může vysílat signály spolehlivě do vzdálenosti 10 kilometrů, rychlostí asi 100-150 MB/s. Tento typ kabelu je mnohem náročnější na instalaci, údržbu a cenu. Jeho použití je velmi výhodné v rozsáhlých sítích, kde je většina nároků na instalaci kryta vyšší rychlostí přenosu dat, bezpečnosti a spolehlivosti přenosu na velké vzdálenosti. Použití optických vláken pro sítě typu FDDI, linky na dlouhé vzdálenosti, pro spojování síťových segmentů nebo sítí, pro připojení mainframů k periferiím, pro spojování pracovních stanic s vysokými rychlostmi a výkonem.

Volba kabeláže

Pokud chceme určit, jaká kabeláž je pro konkrétní pracoviště nejlepší, musíme znát odpovědi na tyto otázky: „Jak velký bude provoz v sítí?, Jaké jsou požadavky na ochranu informací?, Jaké vzdálenosti jsou mezi jednotlivými uzly sítě?, Kolik máme peněž na budování sítě?“. Mezi hlediska, která ovlivňují cenu a výkon kabeláže, patří:

Logistika instalace – jak snadná je instalace kabelu, malé vzdálenosti uzlů nebo ochrana není zásadní otázkou při instalaci sítě apod..

Stínění – záleží, kde umísťujeme kabel, šum apod..

Přeslechy – vnější elektormagnetické rušení (motory, relé, radiové vysílače).

Přenosová rychlost – měří se v Mb/s (10Mb/s nebo 100Mb/s). Optický kabel až rychlosti Gb/s.

Náklady – lepší přenosové vlasti mají dražší kabely (optický, tlustý koaxiální kabel).

Útlum – omezení na délku kabelu.

Přehled a srovnání kabelu

Kabely z optiky jsou nejrychlejší a nejbezpečnější než měděné kabely, ale vyžadují určitou odbornost a jsou relativně drahé. Firma IBM má svůj vlastní kompletní systém kabeláže, se svými vlastními typy. Dvě základní techniky přenosu jsou širokopásmový přenos (přenos pomocí analogových signálů několik přenosů současně na tomtéž kabelu) a přenos v základním pásmu (posílání digitálních signálů po jediném kabelu).

Bezdrátová síťové komunikace

Bezdrátový přenos se používá tehdy, je-li propojení pomocí kabelů nežádoucí nebo dokonce nemožné. Sítě s bezdrátovým přenosem se stávají stále oblíbenější. Mikropočítače jsou vybaveny deskou malého mikrovlnného vysílače, tento blok vysílá jejich síťové signály bezdrátově k ostatním stanicím v síti rovněž vybavených obdobným mikrovlnným zařízením. Rostoucí popularitě se těší bezdrátové sítě Token Ring a Ethernet.

Bezdrátové prostředí poskytuje reálné podmínky pro vytváření sítí. Termín bezdrátové prostředí je zavádějící, protože indikuje síť úplně bez drátů. Ve většině případů tomu tak není. Většina bezdrátových sítí se ve skutečnosti skládá z bezdrátových komponent, které komunikují se sítí využívající kabely.

Typy bezdrátových sítí: lokální sítě, rozšířené lokální sítě nebo používání mobilních počítačů.

Lokální sítě – přístupové body (tranceiver) slouží k vysílání a přijímání signálů do a z okolních

Přenosové techniky: infračervené záření, laser, rádiový signál a mikrovlné spojení. Družicové spoje používají se hlavně geostacionární družice (výška 36000 km nad Zemí). Zpravidla obsahují více komunikačních linek. Pracují ve frekvenčním pásmu řádově GHz. Takto lze vytvořit přenosové kanály s přenosovými rychlostmi desítky až stovky MHz za použití antén průměru 60-100cm. Družicové spoje se často používají jako dvoubodové spoje. Datové sítě takto vytvořené se nazývají VSAT (Very Small Aperture Terminal).