Aktivní prvky počítačové sítě

Transkript

1 Aktivní prvky počítačové sítě Aktivní prvky sítě můžeme rozdělit do dvou kategorií: Základní (jednodušší) aktivní prvky Pracují přímo s přenášeným signálem (elektrický, světelný, rádiový), zajišťují pouze regeneraci, zesílení, opravu či modifikaci přenášeného signálu. Nestarají se o podobu přenášených dat (nerozumí jim), nepracují tedy s daty na úrovni PDU (datového balíčku). Příkladem je například opakovač (repeater), převodník optického signálu na elektrický, HUB atd. Inteligentní ( chytřejší ) aktivní prvky Pracují s PDU, rozumí řídicím informacím v PDU. Rozlišují začátek a konec PDU, různé adresy (IP, MAC) atd. Podle těchto informací přizpůsobují své chování. Umí např. směrovat data mezi sítěmi podle IP adresy (směrovač = router), odesílat data jen do určité podsítě či konkrétnímu síťovému zařízení podle MAC adresy (přepínač = switch) atd. 1. Síťový adaptér Síťový adaptér = síťové rozhraní, síťová karta (NIC = Network Interface Controller) Jedná se o rozhraní (elektronický obvod), které zajišťuje úpravu digitálního signálu z hlavního procesoru počítače do standardizované podoby pro přenos komunikačním kanálem (vysílání dat) a úpravu signálu přijatého ze spojovacího vedení do podoby, která je srozumitelná procesoru počítače (příjem dat). zdroj: Itnetwork.cz Síťový adaptér musí být součástí všech koncových zařízení (počítač, síťová tiskárna, IP telefon, TV přijímač, herní konzole atd.), které chceme připojit k datové síti. Současné síťové adaptéry pro komunikaci po kabelu i bezdrátovou komunikaci jsou obvykle přímo integrovány na základní desce počítače.

2 Existují však také varianty externích síťových adaptérů: Síťová karta (stolní PC) Síťová karta (notebook) - PCI, PCI Express 1 - Express Card, PCMCIA USB rozhraní Každý síťový adaptér má svou (teoreticky) jedinečnou, fyzickou (MAC) adresu zapsanou při výrobě ve vlastní paměti. MAC adresa je 48 bitové číslo, které se zapisuje jako 6 dvojic šestnáctkových čísel oddělených dvojtečkami či pomlčkami. Příklad MAC adresy: 98:E7:F4:6E:37:2B Tip: Zjištění MAC adresy síťového adaptéru v OS Windows: 1. Spustit Příkazový řádek pomocí příkazu cmd 2. Ve spuštěné aplikaci Příkazový řádek zapsat příkaz ipconfig /all Základní parametry síťového adaptéru: Rozhraní pro připojení do počítače PCI, PCIe 1, USB, Express Card, PCMCIA (externí adaptéry) Přenosová technologie (standard) např. Ethernet, WIFI, Bluetooth Teoretická přenosový rychlost (Mb/s, Gb/s) Technologie Wake On LAN možnost vzdáleného zapnutí počítače z jiného počítače v síti 2. Repeater (opakovač) Repeater je nejjednodušší síťový aktivní prvek, který pracuje na nejnižší, tedy fyzické, vrstvě síťového modelu. Jeho úkolem je regenerace (tedy zesílení, úprava atd.) přenášeného signálu, čímž dokáže prodloužit celkovou délku komunikačního kanálu.

3 Na vstupu přijímá zkreslený, zarušený utlumený nebo jinak poškozený signál a opravený, zesílený a správně časovaný jej výstupem vysílá do další části přenosového kanálu. Umožňuje tedy zvýšit dosah přenosového kanálu (např. propojení metalickým nebo optickým kabelem, bezdrátově) bez ztráty kvality a obsahu signálu Důvodem k použití opakovače jsou fyzikální vlastnosti přenosových medií. U každého přenosového média dochází k tzv. útlumu a zkreslení přenášeného signálu. Po určité vzdálenosti již není možné z přenášeného signálu jednoznačně určit log. 0 a 1. Tato vzdálenost závisí především na druhu přenosového média (koaxiální kabel, kroucená dvojlinka, optické vlákno, bezdrátový spoj atd.), ale také na charakteru přenášeného signálu a přenosové rychlosti. Opakovač nedokáže filtrovat PDU, proto je rozesílá všem koncovým zařízením či segmentům sítě.

4 3. Převodník (konvertor, transceiver) Speciální typ opakovače transceiver. Provádí regeneraci signálu a zároveň jej převádí z jednoho typu přenosového média (např. optický kabel) na druhý (např. metalické vedení). Převodník je realizován buďto jako samostatné zařízení, nebo je přímo součástí jiného aktivního prvku. 4. HUB (rozbočovač) HUB je nezbytnou součástí LAN s hvězdicovou topologií (strukturou). Jeho úkolem je zregenerovat přijatý signál a rozeslat ho na všechny své porty, ke kterým je připojeno nějaké koncové síťové zařízení. Nemá tedy schopen filtrovat data. U větších LAN může docházet ke zbytečnému přetěžování těch koncových zařízení, kterým data ve skutečnosti nenáleží. Jedná se v podstatě o repeater s více porty. Pracuje tedy na fyzické vrstvě síťového modelu. Počet portů, typ konektoru/kabelu a teoretická přenosová rychlost (Mb/s) jsou základními parametry HUBu. Minimální počet jsou 4 porty, může jich být i více (vždy v násobku 4 8, 16, 24, 32 atd). HUB může obsahovat různé typy portů (různé konektory), čímž lze kombinovat různé druhy přenosových medií v jedné počítačové síti. Propojovacímu kabelu se říká patch kabel. Propojení se v současné době provádí výhradně UTP kabelem s konektorem RJ-45. Starší HUBy byly vybaveny BNC konektorem pro připojení koaxiálního kabelu (dnes nepoužívaná sběrnicová topologie sítě). V současné době se HUB přímo nepoužívá pro vybudování LAN hvězdicové topologie. Vhodnější je SWITCH.

5 5. Bridge (most) Úkolem mostu je fyzicky propojit několik částí (segmentů) LAN a řídit komunikaci mezi nimi. V současné době bývá jako součást komplexnějších (složitějších, kombinovaných) aktivních prvků. Pracuje na druhé, tedy linkové, vrstvě síťového modelu. Umožňuje tedy přenos dat v LAN řídit. Pokud přenášená data patří jen do daného segmentu sítě, odkud přišla, pak je most nepustí do jiného segmentu. Rozhodování, jestli poslat nebo neposlat dále most provádí na základě fyzické (MAC) adresy jednotlivých připojených zařízení, kterou si ukládá do svoji vnitřní paměti a podle postupně přicházejících dat s MAC adresami se postupně učí topologii sítě. WLAN postavené na technologii WIFI mohou využít jako most tzv. přístupový bod (AP = Access Point). 6. Switch (přepínač) Switch pracuje na druhé, linkové, vrstvě síťového modelu ISO/OSI a svou funkcí je podobný HUBu (centrální prvek hvězdicové topologie LAN) s tím rozdílem, že switch zpravidla propojí jen dvojici portů. Umožňuje tedy filtraci datových rámců na základě MAC adres. Rámec obdrží pouze skutečný příjemce na základě shodné MAC adresy, ostatním připojeným zřízením ke switchi není tento rámec zaslán (neplatí u vícesměrového a všesměrového vysílání, tzv. broadcast a u tzv. učení switche). Switch se učí automaticky z probíhajícího provozu v LAN mezi koncovými síťovými zařízeními. K tomuto učení používá tzv. Zpětný učící algoritmus (Backward Learning Algorithm), díky němuž vychází ze své vnitřní tabulky, kde jsou uloženy MAC adresy připojených zařízení. Pokud přijdou data pro koncové zařízení, pro nějž ještě nemá záznam v tabulce, chová se jako HUB (pošle je do všech portů) a předpokládá, že příjemce dat se ozve. Poté si jeho MAC adresu uloží a příště data posílá pouze jemu.

6 Vlastnosti switchů: Možnost správy (management) switche Unmanaged switch Switch nelze konfigurovat uživatelem, nelze spravovat jeho nastavení. Levné switche, vhodné pro menší LAN, kde není potřeba spravovat jeho konfiguraci (domácnost, malá firemní společnost atd.) Managed switch nastavení switche lze uživatelsky spravovat, upravovat jeho konfiguraci. Web management: switch lze spravovat/ovládat prostřednictvím interní webové stránky, která nabízí pokročilou správu zařízení a dovoluje uživateli kdekoliv v síti ovládat switch přes běžný webový prohlížeč. Zrcadlení portů Zrcadlení portů umožňuje monitorování provozu síťové komunikace, která probíhá na daném switchi. Vysílané a přijímané rámce jednoho portu, mohou být zrcadlově posílány i na druhý. To dovoluje správci sítě sledovat komunikaci v LAN. Virtuální LAN (VLAN) VLAN je logická síť vytvářená na switchi. Když se switch rozdělí na několik VLAN, každá z nich se tváří jako samostatný switch. Znamená to, že na jednom switchi můžeme mít připojených více sítí, které však mezi sebou nejsou propojené. PoE (Power over Ethernet) PoE je funkce, díky které je možné přenášet data a napájet koncové zařízení jediným datovým (UTP) kabelem. Takové napájení obvykle podporují IP kamery, VoIP telefony a WIFI zařízení. Switche podporující PoE obvykle fungují jako zdroje, je samotné takto napájet nelze. Porty switchů: RJ-45 Konektor, kterým je opatřen TP kabel, tedy kroucená dvojlinka (UTP, STP, FTP, S/FTP). SFP (Small Form-factor Pluggable) SFP je zásuvný modul, který funguje jako vysílač-přijímač (transceiver). Připojuje se přes elektronické rozhraní switche, k přenosu dat využívá optická vlákna (obvykle duplexní přenos pomocí dvou optických vláken). Díky tomu lze dosahovat velmi vysokých přenosových rychlostí (např. 1 Gb/s, 10 Gb/s nebo 40 Gb/s).

7 7. Router (směrovač) Router patří mezi tzv. inteligentní aktivní síťové prvky. Jeho úkolem je propojení více datových sítí mezi sebou a směrování datových paketů mezi těmito sítěmi. Pracuje na síťové vrstvě modelu ISO/OSI (resp. TCP/IP) a musí znát skutečnou topologii (strukturu) sítě. Často se používá k vybudování datových sítí WAN a MAN, k připojení LAN či WLAN do celosvětové sítě Internet, popřípadě k propojení LAN a WLAN např. v domácnosti (WIFI router). Na rozdíl od switche, který dokáže datové balíčky (rámce) směrovat pouze v rámci LAN, obsahuje router tzv. směrovací (routovací) tabulku, ve které jsou zaznamenány informace o dalších routerech, které náleží jiným datovým sítím. Datové pakety směruje mezi sítěmi na základě IP adres, které jsou obsaženy v jejich hlavičce. IP adresa je logická adresa síťového zařízení (např. PC, tiskárna atd.), který ke komunikaci využívá internetový protokol (IP). V současné době jsou používány dva standardy síťového protokolu IP: IP verze 4 (IPv4): pro identifikaci zařízení používá 32 bitové adresy. Adresa je zapsána obvykle jako čtveřice osmibitových čísel (oktetů) zapsaných v desítkové soustavě (0-255) a oddělených tečkou (např ). IP verze 6 (IPv6): pro identifikaci zařízení používá 128 bitové adresy. Pro přehlednost se využívá zápis adresy v šestnáctkové soustavě, vždy čtveřice číslic oddělených dvojtečkou (např. 2001:0db8:7654:3210:fedc:ba98:7654:3210). Pozn.: podrobněji bude problematika IP adres a protokolů IP probrána v tematickém celku INTERNET.

8 Síťová infrastruktura mezi odesílatelem a příjemcem paketu může být velmi složitá. Směrování se proto zpravidla nezabývá celou cestou paketu, ale řeší vždy jen jeden krok komu data předat jako dalšímu. Ten pak rozhoduje, co s paketem udělat dál. Informace, které se využívají při směrování, se ukládají do tzv. směrovací tabulky (angl. Routing table) uložené v paměti routeru. Směrovací algoritmy by měly splňovat několik základních požadavků a to: nalézt správnou cestu, řídit se co nejnižšími režiemi při přenosu datového paketu, být relativně jednoduché, reagovat na případné změny (přerušení či změna trasy atd.) adaptivní směrování. Pro každý příchozí datový paket najde router ve směrovací tabulce podle IP adresy cílové sítě informaci o tom, kterému sousednímu routeru paket zaslat. Je-li cílová síť připojená přímo k danému routeru, zašle paket rovnou cílovému zařízení (např. PC, IP telefon, síťová tiskárna atd.). 8. WIFI přístupový bod (AP Access Point) Aktivní síťový prvek, který umožňuje vytvoření bezdrátové lokální sítě (WLAN). Klientská zařízení (PC, mobilní telefon, tablet atd.) nejsou vzájemně propojena přímo, ale přes AP. Ten řídí veškerou komunikaci v rámci WLAN. AP by měl, pokud možno, pokrývat co největší prostor silným rádiovým signálem. Jako AP lze využít také WIFI router. AP obvykle nabízí další režimy práce, typicky bridge a repeater. Napájet AP lze 2 způsoby: buď přímo z rozvodné sítě přes napájecí adaptér, popřípadě přes datový kabel (UTP) v místech, kde není jednoduché či možní připojení AP k rozvodné síti technologie PoE.

9 9. WIFI extender WiFi extender (resp. WIFI repeater, booster, zesilovač) umožňuje rozšířit dosah domácí či firemní WLAN vybudované pomocí technologie WIFI i do oblastí, kde je při využití samostatného WIFI routeru nebo AP rádiový signál slabý nebo žádný. Přijímají zeslabený, zkreslený nebo jinak poškozený signál, který následně opravují, zesilují a správně načasovaný jej vysílají dále. Hlavní výhodou je tedy možnost zvýšení dosahu WLAN bez ztráty kvality a informačního obsahu signálu. Jako WIFI extender může fungovat také WIFI AP nebo WIFI router. 10. Brána (gateway) Brána je aktivní síťový prvek, který propojuje dvě sítě pracující s odlišnými komunikačními protokoly (např. Internet a GSM síť). Jelikož existuje více různých síťových standardů a komunikačních protokolů, které jsou vzájemně nekompatibilní, tzn, přenášené zprávy v těchto sítích mají různý formát, používají různé adresy atd., může mít brána mnoho podob. Z pohledu síťového modelu pracuje brána na vyšší vrstvě než router (síťová vrstva), konkrétně pracují na vrstvě transportní až aplikační.

10 Typickým příkladem je brána pracující na nejvyšší, tedy aplikační vrstvě. Nejedná se tedy čistě o hardware, ale o software (aplikaci). Příkladem takové brány je počítač s webovým prohlížečem a otevřenou webovou aplikací SMS brány. Do textového pole se zapíše zpráva, která se následně odešle do mobilní GSM sítě v podobě SMS zprávy na zvolené telefonní číslo. Dalším příkladem může být zasílání autorizačních SMS zpráv pro bezpečnější (dvoufázové) přihlášení do uživatelského účtu, provedení finanční transakce (např. internetové bankovnictví), atd. Dalším příkladem mohou být např. VoIP telefonní brány. VoIP telefonní brána je síťové zařízení, které zjednodušeně řečeno, propojuje datovou síť (IP komunikační protokol), ke které je připojen IP telefon s pevnou či mobilní (GSM) telefonní sítí. IP telefon je telefonní přístroj, který komunikuje prostřednictvím svého síťového rozhraní v datové síti s protokolem IP. V širším smyslu může být IP telefonem také síťový program spuštěný na počítači, který umožňuje přenos hlasu pomocí technologie VoIP (Voice over Internet Protocol). VoIP brána Poznámka: PBX (Private branch exchange) je pobočková telefonní ústředna, které sjednocuje výstupní body všech firemních telefonů do veřejné telefonní sítě.

11 11. Modemy Název MODEM vznikl spojením dvou názvů elektronických obvodů = MOdulátor / DEModulátor. RJ 45 RJ 11 Jedná se o aktivní prvek, který umožňuje propojit a zajistit přenos informací mezí koncovými síťovými zařízeními (typicky počítač) či celými síťovými uzly prostřednictvím veřejné telefonní sítě. Velmi často se používá k připojení počítače nebo celé LAN k celosvětové síti Internet. K připojení modemu do telefonní zásuvky se používá telefonní kabel s konektory RJ Telefonní (dial-up) modemy Telefonní modem pro komutované (laicky řečeno: vytáčené) připojení (dial-up) převádí digitální signál na analogový ve frekvenčním pásmu pro běžný telefonní hovor (standardní telefonní pásmo je od 0,3 až do 3,4 khz). Analogovým informačním signálem je modulován nosný signál. Při příjmu informace je proces opačný. Telefonní modem se choval jako telefonní přístroj volající na speciální telefonní číslo. V případě datové komunikace nebylo možné volat z běžného telefonního přístroje a naopak. Teoretická přenosová rychlost byla maximálně 56 kb/s. Telefonní modemy byly buď přímo integrovány na základní desce počítače, popřípadě se osazovaly do počítače v podobě přídavné karty (PCI, PCMCIA). Třetí možností bylo připojení externího modemu k paralelnímu rozhraní (LPT port) nebo USB. V současné době se tento způsob připojení k Internetu již nepoužívá.

12 11.2 DSL modemy DSL (Digital Subscriber Line) je takzvaná digitální účastnická linka. Jde o technologii, která využívá k vysokorychlostnímu přenosu dat existující vedení veřejné telefonní sítě nebo kabelové televize. Princip fungování DSL spočívá ve využití volného frekvenčního pásma telefonních přípojek. Pro hlasové služby se využívá frekvenční pásmo 0,3 3,4 khz, které běžnému hlasovému hovoru plně postačuje. Vyšší frekvence jsou volné pro vysokorychlostní přenos dat. Data se tedy přenášejí v jiném, daleko vyšším frekvenčním pásmu, takže DSL neomezuje telefonní hovory. Tím se liší od dial-up modemů, které používají pro přenos dat hlasové pásmo a není tak možné zároveň telefonovat i přenášet data. V současné době existují dvě technologie: ADSL a VDSL. Cena služeb na VDSL a ADSL je stejná. ADSL technologie ADSL je zkratka pro Asymmetric DSL. To znamená, že rychlost stahování dat (download) bude vždy výrazně vyšší než rychlost odesílání dat (upload). Využívá se frekvenční pásmo 25 khz 1,1 MHz (ADSL), resp. až 2,2 MHz (ADSL2+). Princip činnosti bude popsán v tématu Připojení k Internetu, popis technologií. VDSL technologie VDSL (Very High Speed DSL) je DSL technologie umožňující rychlejší datový přenos přes existující digitální telefonní linky. DSL telefonní přípojka 4 LAN port (Ethernet) 2. generace VDSL2 využívá frekvenční pásmo až do 30 MHz, což zajišťuje velmi vysokou přenosovou rychlost (teoreticky až 200 Mb/s) současně v obou směrech. Optimální rychlosti lze dosáhnout do vzdálenosti 300 metrů od telefonní ústředny. Je-li vzdálenost od telefonní ústředny vyšší než 1,3 km, výrazně klesá přenosová rychlost a výhodnější je využití technologie ADSL (resp. ADSL2, ADSL2+).

13 11.3 UMTS (3G) a LTE modemy LTE (4G) SIM karta UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) je mobilní telefonní síť 3. generace (3G), která nabízí kromě hlasových služeb také vysokorychlostní přenos dat. K tomu je zapotřebí UMTS (3G) modem. LTE (Long Term Evolution) navazuje na současnou 3G síť a přináší určitá vylepšení. Především navýšení přenosové rychlosti v obou směrech (download, upload). LTE umožňuje dosáhnout teoretickou maximální rychlost až 150 Mb/s (resp. 300 Mb/s). UMTS a LTE modemy jsou součástí moderního mobilního telefonu či tabletu, popřípadě existují jako samostatné zařízení, které zároveň obsahuje minimálně WIFI router. Do modemu stačí vložit vhodnou SIM kartu podporující dané technologie s datovým tarifem od mobilního operátora (např. T-Mobile, O2, Vodafone) a připojit domácí datovou síť (LAN, WLAN) k Internetu. Největší výhodou přístupu k Internetu přes mobilní sítě je dostupnost. Plošné pokrytí signálem se v současné době v České republice blíží 100 %. 12. Powerline adaptéry Powerline adaptéry jsou aktivní síťová zařízení, která se zapojují do klasických elektrických zásuvek. Po elektrických rozvodech se poté kromě elektrické energie přenáší také datové pakety, stejně jako v klasické počítačové síti. Výhoda: není nutná instalace dodatečných datových kabelů v domácnosti Adaptér zachovávající přístup k zásuvce

14 Powerline adaptér může mít navíc integrovaný WIFI AP, v takovém případě umožňuje vybudování bezdrátové sítě. Výrobci powerline adaptérů se dnes řídí specifikací: Homeplug AV definuje teoretickou přenosovou rychlost maximálně 200 Mb/s, Homeplug AV2 definuje teoretickou přenosovou rychlost maximálně 500 Mb/s, Reálně dosažitelná rychlost přenosu dat závisí především na délce elektrických rozvodů (obvykle maximálně 300 m), dále na kvalitě a stáří elektrických rozvodů v budově, vytížení elektrické sítě a rušení od různých spotřebičů. Párování powerline adaptérů: Na základě specifikace Homeplug AV lze spojit různé modely adaptérů od stejného výrobce (při párování adaptérů různých výrobců může dojít k rapidnímu poklesu přenosové rychlosti). Spárovat lze i adaptéry splňující různé specifikace, HomePlug AV2 je zpětně kompatibilní se zařízeními HomePlug AV. Přenosová rychlost se vždy přizpůsobí pomalejšímu adaptéru. Užitečné tipy: I. Při nedostatečném počtu zásuvek v objektu, se vždy volí adaptéry s možností zachování přístupu k zásuvce. II. Powerline adaptéry se nedoporučuje zapojovat do prodlužovačky či rozbočky, neboť v takovém případě může dojít k rapidnímu poklesu přenosové rychlosti vinou nepřímého zapojení. III. V objektech s více bytovými jednotkami (panelové, činžovní domy) je vhodné zabezpečit přenášená data šifrováním. Šifrování přenášených dat by měl zabezpečit samotný powerline adaptér (128 bitový šifrovací algoritmus standardu AES).