Počítačové siete-Prenosové cesty

Počítačové siete-Prenosové cesty

Jednotlivé prenosové cesty sa vzájomne doplňujú a v praxi sa často kombinujú. Pri riešení prenosovej cesty sa vychádza zo vzdialenosti a objemu prenášaných informácií a v súčasnosti  vystupuje do popredia obmedzenie vlastného vyžarovania a odolnosti proti rušeniu.

1.  Prenosové cesty

V praxi sa používajú tieto tri typy prenosových médií:

  • elektrické (metalické)      koaxiál, krútená dvojlinka
  • optické                             sklenené alebo plastové vlákno, patrí sem aj infrared (je wireless)
  • rádiové (bezdrôtové)       krátke a dlhé vlny

Jednotlivé prenosové cesty sa vzájomne doplňujú a v praxi sa často kombinujú. Pri riešení prenosovej cesty sa vychádza zo vzdialenosti a objemu prenášaných informácií a v súčasnosti  vystupuje do popredia obmedzenie vlastného vyžarovania a odolnosti proti rušeniu. Všeobecne klesá význam metalických vedení a rozširuje sa používanie optických prenosových ciest. Rádiové prenosové cesty majú veľký význam pre svoju mobilitu. Prenosové cesty patria z hľadiska OSI modelu do 1. vrstvy, fyzickej.

 

Tabuľka používaných prenosových médií

Prenosové médium

Nosná frekvencia

Prenosová rýchlosť

Prenosová vzdialenosť

Odolnosť voči rušeniu

Krútená dvojlinka

kódovanie

≤1 Gb/s

niekoľko km

Nízka

Tienená krútená dvojlinka

kódovanie

≤1 Gb/s

niekoľko km

vyššia ako u kr. dvojlinky

Koaxiálny kábel pre prenos v základnom pásme

kódovanie

≤10 Mb/s

niekoľko 100 m

Dobrá

Koaxiálny kábel pre prenos v preloženom pásme

50-500 MHz

≤ 20 Mb/s

do 2 km

Dobrá

Optické káble

kódovanie

≤ 40 Gb/s

1 – 100 km

Vynikajúca

Laserové spojenie

kódovanie

155-622 Mb/s

≤ 8 km

Pozemné všesmerové rádiové signály

2.4 GHz,

5.4 GHz

2 – 108 Mb/s

do 25 km

Pozemné smerové spoje

10.3 – 10.6 GHz

8 – 100 Mb/s

do 50 km

Družicové spoje

C p.: 6/4 GHz,

KU p.: 12/14 GHz (Zem/družica)

800×64 Kb/s (hlas),

50 Mb/s (dáta)

 

Každá prenosová cesta (médium) má svoje výhody a nevýhody. Žiadna prenosová cesta nie je ideálna. Pri prenose elektrických signálov cesta kladie signálu určitý odpor, čím sa zmenšuje amplitúda signálu. Cesta sa chová aj ako kapacita a indukčnosť, čím sa zaobľujú hrany signálu. S rastúcou vzdialenosťou rastie útlm a skreslenie, preto treba používať aktívne prvky na zosilnenie signálu (switch, repeater pri optike).

Pre každú prenosovú cestu existuje rozsah frekvencií, kedy prenáša signály s prijateľnou kvalitou, voláme ju šírka pásma (bandwidth) a udáva sa v Hz. (Napr. klasický analógový telefónny hovor má šírku pásma 4 KHz, koaxiálny vodič aj krútená dvojlinka až 1 GHz, optika THz a WiFi napr. 2,4 GHz…)

Metódy prenosu bitov po fyzickom kanáli:

  • Prenos v základnom pásme (baseband): bity sa vysielajú v číslicovej forme tak ako sú, alebo s určitým typom kódovania (udržiava sa charakter číslicového údaja, dáta nie sú modulované). Pr. Ethernet-LAN sieť, len jeden kanál, kratšie vzdialenosti.
  • Modulácia (prenos v preloženom pásme, broadband) –na nosnú frekvenciu sa namodulujú, upravia prenášané dáta.  Používa sa pri väčších vzdialenostiach, napr. ADSL-viac kanálov, Chello s TV- viac kanálov.

Počítačové siete-Prenosové cesty

Modulácia jeúprava  harmonického nosného signálu. Delíme ju na amplitúdovú, frekvenčnú a fázovú.  Binárne dáta sa nabaľujú na analógový signál moduláciou podľa toho, čo daná cesta prenáša najlepšie (amplitúda, frekvencia, fáza).

Počítačové siete-Prenosové cesty

Modulačná rýchlosť – počet zmien daných parametrov nosnej za sekundu  [Bd].

Prenosová rýchlosť – objem informácie prenesený za jednotku času [bps]. S vhodným kódovaním vieme zyýšiť prenosovú rýchlosť. (Pr. počet áut, ktoré idú cez križovatku vyjadruje modulačnú rýchlosť. Počet cestujúcich, ktorí sú v autách je prenosová rýchlosť).

Kódovanie – reprezentácia binárnych dát v základnom pásme (Manchester, NRZ,TTL…). Vhodným kódovaním vieme zvýšiť prenosovú rýchlosť, pretože jednou zmenou signálu vieme preniesť viac bitov.

Rôzne spôsoby kódovania vidno na nasledujúcom obrázku:

Počítačové siete-Prenosové cesty

1.1.       Elektrické prenosové médiá

1.1.1.      Koaxiálny kábel

Vodič pozostáva z vonkajšieho plášťa, medeného opletenia alebo niekedy z hliníkovej fólie, plastového izolátora a samotného medeného vodiča. Signál je tvorený rozdielom napätí medzi vodičom a sieťkou. V sieťach sa využívala zbernicová topológia,  konektor BNC. Dnes sa už v LAN nepoužíva, využíva ho WAN technológia Chello s káblovými rozvodmi a WiFi technológia pre pripojenie vysielača a antény.

 

Rozoznávame:    tenký koaxiál –segment 185 m, v Ethernete technológia 10 BASE 2

hrubý koax – 500 m, v Ethernete technológia 10 BASE 5

(10 znamená rýchlosť v Mbit/s, baseband-  základné pásmo, 5-dĺžka segmentu)

Počítačové siete-Prenosové cesty

Výhody:

  • použiteľný na väčšie vzdialenosti ako STP/UTP na 500m bez opakovača
  • lacný, ľahká inštalácia
  • dobré el. vlastnosti, malý útlm a rušenie

Nevýhody:

  • spoľahlivosť, pri výpadku jedného nejde nikto
  • nízka prenosová rýchlosť, do 10Mbps, nedá sa zvyšovať
  • zastaralá technológia
  • neumožňuje robiť štruktúrovanú kabeláž
  • len half-duplexný prenos

1.1.2.      Krútená dvojlinka

Pozostáva z 8 vodičov, každé 2 sú navzájom prepletené a všetky 4 páry sú tiež navzájom prepletené dookola. Krútenie vodičov eliminuje anténny efekt – rušenie od susedných vodičov – presluch (norma presne určuje počet závitov/dĺžka). Signál je tvorený rozdielom napätí medzi vodičmi v páre. V sieťach sa využíva topológia STAR,  konektor RJ-45. Dĺžka sieťového segmentu je 100m a v Ethernete sa používajú technológie 10 BASE-T, ..až 1000 BASE-T (T-twisted). Umožňuje robiť štruktúrovanú kabeláž.

Rozoznávame:            tienená krútená dvojlinka (STP), používa sa napr. pri el. motoroch, kde sú veľké rušenia

netienená (UTP), lacnejšia

Počítačové siete-Prenosové cesty

Pre tvorbu káblov sú stanovené  normy EIA/TIA 568A a 568B. Ak použijeme na jednej strane normu 568A a na druhej strane 568B, máme krížený kábel (cross) pre prepojenie dvoch rovnakých zariadení (PC-PC, PC-router, switch-switch). Ak máme obe strany rovnaké, vzniká priamy kábel pre prepojenie rôznych zariadení. Dnešné nové sieťové zariadenia si vedia sami detekovať a prepnúť rozhranie, takže na type kábla už nezáleží.

Počítačové siete-Prenosové cesty

Krútená dvojlinka sa vyrába v rôznych kategóriách, podľa prenosovej rýchlosti a počtu použitých vodičov:

CAT11 MHzanalógový telefónny hovor
CAT24 MHzToken Ring
CAT316 MHzToken Ring
CAT420 MHz10 BASE T
CAT5100 MHz10 BASE T, 100 BASE T
CAT5e100 MHz100 BASE TEnhanced, odolné voči rušeniu
CAT6250 MHz1000 BASE T
CAT7600 MHz1000 BASE TKaždý pár tienený

 

Ak sa rozhodneme použiť tienený kábel, treba zakúpiť aj tienené zásuvky, prepojovacie panely a konektory.

Ďalšie delenie káblov je podľa použitia. Ak chceme robiť v stene štruktúrovanú kabeláž, použijeme tzv. drôt, solid, ktorý je málo ohybný. Pre prepájanie zariadení v LAN použijeme ohybnejší, patch kábel (hovorovo lanko).

Nevýhody krútenej dvojlinky:

  • nedajú sa použiť pri el. strojoch, motoroch, ktoré rušia el. signál
  • nemajú sa používať vonku medzi budovami kvôli rôznemu potenciálu zeme medzi nimi, blesky a búrky

1.2.       Optické káble

Prenášajú elektromagnetické vlnenie s frekvenciou rádovo stovky THz – svetlo. Pracujú na princípe 1-svetlo, 0-tma. Sú založené na fyzikálnom princípe odrazu a lomu svetla v dvoch rôznych prostrediach. Pri určitom medznom uhle sa svetelný signál prenáša do okolia skoro bez strát a dochádza k tzv. úplnému odrazu.

Počítačové siete-Prenosové cesty

Vysielačom (generátorom) môže byť LED dióda alebo laser, prijímačom (detektorom) je fotodióda alebo fototranzistor. Oba prvky robia prevod elektrika vs. optika.

Typy optických vlákien

  • jednovidové vlákna  (singlemode)- priemer jadra 5 až 10 mm a plášť 125 mm, používa sa pri laseri ako generátore, drahšie, väčší dosah (až 40 km).
  • mnohovidové vlákna (multimode)- priemer  jadra 50mm a plášťa 125 mm , prípadne s priemerom 60,5 mm a plášťa 125 mm, používa sa pri LED diódach ako generátore, lacnejšie, menší dosah (2 km).

Počítačové siete-Prenosové cesty

Výraz vid (mód) je možné stotožniť s výrazom lúč svetla. Mnohovidové vlákna teda umožňujú prenos viacerých lúčov , presnejšie vidov. Jednovidové umožňujú prenos len jedného vidu. V jednom optickom vodiči je 2-48 vlákien. Sú v sklenenom alebo v plastovom prevedení. Čím ide svetelný lúč priamejšie, bez odrazov, tým má lepší dosah. Aby mohla optika pracovať v režime full-duplex, sú vedené vedľa seba dva vodiče. Jeden slúži na príjem (Rx) a druhý na vysielanie(Tx).

Prierez optickým vláknom:

Počítačové siete-Prenosové cesty

Výhody použitia optických vodičov:

  • šírka pásma je rádovo THz, čo mnohonásobne prevyšuje možnosti metalických káblov (koaxiálny kábel – 1GHz). V súčasnej dobe nevieme využiť celú šírku pásma, lebo nevieme vyrobiť kvalitné detektory a generátory.
  • elektrická izolácia – optické vlákna sú izolanty. Optické vlákna je možné použiť v elektricky problematických prevádzkach, vo vonkajšom prostredí medzi budovami,  pri el. motoroch a pod.  Sú odolné voči rušeniu a ťažšie sa odpočúvajú dáta. Backbone Internetu (chrbtica) je postavená na optických vodičoch.
  • imunita voči interferencii a presluchom – optický signál nie je ovplyvňovaný  elektromagnetickým rušením ako pri metalických prenosoch, nie sú presluchy od susedných vodičov.

 

K nevýhodám optických vodičov patrí vyššia cena a ťažšia inštalácia. Pri inštalácii  a zváraní vodičov sa používa zváračka s mikroskopom a vyžaduje sa vysoká čistota. Optické vlákna by sa nemali veľmi ohýbať, hrozí prelomenie vlákna.

1.3.       Bezdrôtové siete

Médium, ktorým sa šíri signál je vzduch (éter) a signál sa šíri prostredníctvom elektromagnetických vĺn.

Neformálne delenie bezdrôtových prenosov:

  • optické – svetelné prenosy, prenosy vo viditeľnej časti spektra (laser-RONJA)
  • infra(červené) – použiteľné na krátku vzdialenosť s priamou viditeľnosťou (TV ovládače)
  • mikrovlnné – extrémne krátke vlnové dĺžky (WiFi)
  • rádiové – ostatné

Základnými parametrami sú frekvencia a vlnová dĺžka. Závislosť vlnovej dĺžky  na frekvencii pre elektromagnetické vlnenie vo voľnom priestore a využitie frekvenčných pásiem pre telekomunikácie vidno na obrázku:

 Počítačové siete-Prenosové cesty

WiFi siete pre LAN prešli svojím vývojom. Sú zahrnuté v normách IEEE 802.11:

Norma

Frekvencia

Rýchlosť

Pozn.

802.11a

5 GHz

do54 Mbps

Nekompatibilné s 802.11b a 802.11g

802.11b

2.4 GHz

do 11 Mbps

802.11g

2.4 GHz

do54 Mbps

802.11n

2.4 GHz aj 5GHz

do 200 Mbps

Väčší dosah

 

Na vytvorenie WiFi siete potrebujeme WiFi sieťovú kartu a bezdrôtový prístupový bod (Access PointAP). AP funguje ako fyzický repeater alebo ako router. Prístupový bod sa obvykle pripája k pevnej sieti typu Ethernet, čo umožňuje prenášať dáta medzi bezdrôtovými a drôtovými zariadeniami. Bezdrôtové siete majú rovnakú topológiu ako siete Ethernet a pracujú na rovnakom princípe (prístupová metóda CSMA/CA).

Niekoľko prístupových bodov sa môže navzájom prepojiť a vytvoriť tak väčšiu sieť, ktorá umožňuje „roaming“.  Sieť, v ktorej klientske zariadenia komunikujú priamo navzájom, bez prístupových bodov, sa nazýva ad-hoc sieť. Takáto sieť sa dá najlepšie porovnať s káblovou sieťou typu P2P.

 

AP pracuje v dvoch režimoch:

  • v móde AP – prepája klientske stanice navzájom v rámci jednej LAN. Vie sa spojiť s klientom.
  • v móde Bridge – prepája viac rôznych LAN sietí. Nevie sa spojiť s klientom, používa iný protokol.

Počítačové siete-Prenosové cesty

Pre správny príjem a vysielanie signálu je dôležitá anténa. Od jej kvality závisí rýchlosť a dosah siete. Poznáme viacero druhov:

  • Smerové-uhol majú menší ako 90°
  • Sektorové – uhol cca 90°
  • Všesmerové-uhol 360°

 Čím menší uhol, tým väčší dosah, až 20 km.

 

K výhodám WiFi sietí patrí predovšetkým mobilita.

nevýhodám patrí možnosť odpočúvania, narušenia prístupu do siete, vyžarovanie, nízka bezpečnosť. Nie je zaručená 100% dostupnosť ako pri kábli, výpadky signálu, rýchlosť závisí od počasia, viditeľnosti, rušenia od iných zariadení. Reálna rýchlosť je asi polovica z teoretickej rýchlosti. Pre zvýšenie bezpečnosti sa používajú rôzne stupne kryptovania, napr. WEP (Wired Equivalent Privacy), WPA a pod. Doporučuje sa zabezpečiť sieť aj kontrolou MAC adries, schovať SSID, zmeniť si IP adresu siete na inú ako predvolenú, nepoužívať DHCP pre prideľovanie IP klientom a zmeniť si heslo a používateľa pre prístup na AP na iné ako admin/admin.

1.4.       Štruktúrovaná kabeláž

Myšlienka prenášať jedným káblovým systémom aj hlas, aj dáta a video vznikla pôvodne v USA. V minulosti boli počítačové siete realizované koaxiálnym káblom a klasické telefónne siete krútenou dvojlinkou. Keďže telefónny rozvod bol už spravený a funkčný, a rozvoj počítačových sietí znamenal inštaláciu ďalších káblových systémov, vznikla myšlienka spojiť tieto rozvody. Prešlo sa na používanie krútenej dvojlinky aj v počítačových sieťach, vzniká Hub a Switch a štruktúrovaná kabeláž je na svete. Využíva normy TIA/EIA-568-A a 568-B.

Štruktúrovaný kabelážny systém je z hľadiska použitia na prenos dát (počítačová sieť, internet), hlasu (telefonizácia) a obrazu (kamerové systémy, televízia) univerzálny. Používateľ si môže ľubovoľne zvoliť, ktoré prípojné miesto (telekomunikačnú zásuvku) bude na akú službu využívať. Rovnako môže kedykoľvek svoje rozhodnutie zmeniť a službu predefinovať v rozvádzači jednoduchou zmenou v prepojovacom paneli (patch panel).Dnes pod štruktúrovanou kabelážou rozumieme kompletnú telekomunikačnú káblovú infraštruktúru v budove (alebo viacerých budovách)

Prvky štruktúrovanej kabeláže:

  • PoP-Point of Presence- prístupový bod k Internetu, telekomunikačným službám, k ISP
  • Main Distribution Facility (MDF, Wiring Closet)-hlavná telekomunikačná miestnosť so sieťovými zariadeniami, servermi, UPS.
  • Intermediate Distribution Facility (IDF)-ďalšie miestnosti so zariadeniami, prepájajú od MDF až ku užívateľským zásuvkám
  • Backbone Cabling-vertikálna kabeláž, chrbticová sieť, prepája prístupový bod s MDF a IDF
  • Horizontal Cabling-horizontálna kabeláž, prepája IDF s užívateľskými zásuvkami
  • Work Area-pracovná plocha, prepája PC koncového užívateľa do zásuvky horizontálnej kabeláže

 

Príklad v našej škole:

  • PoP –optika je privedená do miestnosti pod schodami pri vstupe do budovy
  • MDF-serverovňa, miestnosť pri praxi, kde sú všetky servery, UPS, klíma, router, switche, patch panel, pobočková ústredňa, snažíme sa stavať MDF do stredu siete
  • IDF-racky, rozvádzače v lab 2,4,15,Cisco1,Cisco2, riaditeľstvo, v ktorých sú switche a patch panely, napájanie
  • Backbone Cabling –optika je vedená od PoP do serverovne (MDF) a odtiaľ prepája všetky IDF
  • Horizontal Cabling-prepája IDF so zásuvkami v laboratóriách
  • Work Area-od PC k zásuvke

Počítačové siete-Prenosové cesty

Príklad rozmiestnenie MDF a IDF vo viacpodlažnej budove vidno na prvom obrázku. Pre viaceré oddelené budovy vidno príklad na druhom obrázku.

Počítačové siete-Prenosové cesty

 

aktívnym prvkom kabeláže patrí router, switch, server, AP, hub…k pasívnym káble, konektory, zásuvky, patch panel, dátový rozvádzač (rack), lišty…

výhodám použitia štruktúrovanej kabeláže patrí modulárnosť, ľahšie pripojenie nového užívateľa, bezpečnosť. Pri návrhu počítame min. s dvoma zásuvkami na 1 PC (v Ciscu až 3, aj konzola). Na plochu 1000 m2 má byť zriadené jedno IDF. V praxi platí, že rýchlosť Backbone kabeláže má byť 10x rýchlejšia ako horizontálnej kabeláže. Dnes je pre PC min. 100 Mbit/s. Pre Backbone sa čoraz častejšie využíva optika, pre PC metalika alebo WiFi. Pri potrebe zvýšenia rýchlosti stačí len vymeniť slabší 100 Mbit/s switch za 1Gbit/s, a užívateľské sieťové karty na Gbit/s.

 

Návrh siete:

  1. Analýza východiskového stavu – požiadavky užívateľov, rozdelenie do skupín, počty, HW, SW, myslieť na budúcnosť rastu siete (počty x 2 pri všetkom)
  2. Voľba kabeláže-TP, optika, WiFi
  3. Fyzická štruktúra siete – stavba, vhodné rozmiestnenie MDF, IDF, Star topológia, 100m segment
  4. Logická štruktúra siete – podsiete, IP adresovanie, DHCP, práva, vytvorenie užívateľov, kontá, správa domény, heslá, mapovanie diskov, zdieľanie zariadení, bezpečnosť (všetko zakázať), zálohovanie, servery- mail, web, ftp, konfigurácia sieťových zariadení, VLAN, WLAN …požiadavky užívateľov, inštalácia SW
  5. Dokumentácia a premeranie siete- revízna správa, merací protokol, popis siete s očíslovanými zásuvkami, portami v patch paneli.

Ako bude reklama vypadať?
-
Chcete tu reklamu len za 50 CZK?
Zobraziť formulár pre nákup

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *