Návrh a implementace metropolitní sítě s připojením na internet

Transkript

1 Vysoká škola ekonomická v Praze Fakulta informatiky a statistiky Vyšší odborná škola informačních služeb v Praze Zdeněk Šubr Návrh a implementace metropolitní sítě s připojením na internet Bakalářská práce 2010

2 Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Návrh a implementace metropolitní sítě s připojením na internet zpracoval samostatně a použil pouze zdroje, které cituji a uvádím v seznamu použité literatury. V Praze dne: Podpis:

3 Anotace Bakalářská práce se zabývá technologiemi pro budování metropolitní počítačové sítě. V teoretické části popisuji základní prvky sítě, a to aktivní i pasivní. Dále uvádím, jak vypadá nastavení základních routerů, a popisuji způsob svařování optických vláken. V praktické části jsem vybral tři základní řešení, a to FTTH, FTTB a bezdrátové řešení, které jsem pak porovnával mezi sebou podle různých kritérií. Na základě vícekriteriálního rozhodování a pozorování z praxe jsem vybral, které řešení je optimální. Anotation Bachelor work deals with technologies for building a metropolitan computer network. The theoretical part describes the basic elements of the network - active and passive elements. Next I show how the setup of routers looks like and describe the method of welding optical fibers. In the practical part, I chose three solutions - FTTH, FTTB and wireless solutions, which were compared with each other according to different criteria and then I chose which solution is optimal. I chose a solution based on the comparison and the posibility of observation of practise.

4 Děkuji vedoucímu bakalářské práce Ing. Davidu Klimánkovi Ph.D. za poskytování cenných rad a metodické vedení práce. Dále bych chtěl poděkovat firmě Dupeto s.r.o., která mi poskytla možnost ověřit informace v praxi a dala mi přístup k interním materiálům firmy.

5 Obsah Teoretická část 1. Úvod Pasivní prvky sítě Metalický kabel Optický kabel Mnohovidové vlákno (MMF Multi Mode Fiber) Jednovidové vlákno ( SMF Single Mode Fiber) Optické kabely druhy Svařování optických vláken Pasivní prvky sítě Repeater Transceiver Hub Switch Router Gateway Bezdrátové technologie MikroTik Router OS Nastavení routeru Základní vlastnosti routeru Softwarové nastavení routeru NIX Praktická část 5. Analýza Rychlost Stabilita spoje Bezpečnost Cena Obtížnost a rychlost vybudování sítě Údržba sítě Možné služby využívané na síti Vícekriteriální rozhodování Řešení FTTB FTTH Závěr 46 6

6 Teoretická část 7

7 1. Úvod Připojení na internet je dnes již zcela běžnou věcí. Internet se využívá k práci, k nakupování, placení účtů, ke komunikaci nebo jen k zábavě. Nabízí tak mnoho služeb, které jsou ale závislé na připojení k internetu. S kvalitním připojením lze koukat přímo na televizi, poslouchat rádio a u toho ještě pracovat nebo komunikovat s jinými uživateli. K tomu je třeba ale kvalitní internet, jak po stránce rychlosti, tak po stránce stability. Pro uživatele, ale i poskytovatele bude důležitá také cena. Z těchto důvodů jsem se rozhodl, že se budu snažit porovnat určité technologie připojení. Cílem mé práce tedy je navrhnout optimální metropolitní síť. Navržená řešení porovnám podle různých kritérií tak, aby síť byla optimalizovaná z hlediska uživatele i ze strany poskytovatele. Práci jsem rozdělil na dvě části. První část je teoretická, ve které se snažím popsat pasivní prvky a aktivní prvky. Z pasivních prvků kladu důraz na optická vlákna, a proto i popisuji, jak se tato vlákna svařují. V teoretické části se ještě nachází kapitola o Nixu, českém internetovém uzlu. Druhá část práce je již praktická a porovnávám v ní již tři řešení. Analyzuji dle kritérií výhody a nevýhody, abych mohl navrhnout optimální infrastrukturu sítě. V závěru analýzy využiji i metody vícekriteriálního rozhodování pro rozhodnutí, které řešení je optimální. Práci prokládám obrázky, které dokumentují nebo dokazují dané informace. V této práci jsem nejvíce čerpal ze své osobní praxe, kterou jsem strávil ve firmě poskytující internet a další služby. Hodnoty pro vícekriteriální rozhodování jsem konzultoval přímo se zaměstnanci firmy zabývající se touto problematikou. Všechna kritéria rozhodování jsem si měl možnost ověřit i přímo v praxi. Jedním z cílů teoretické části je porovnat metalické a optické kabely, dále popsání základních aktivních prvků sítě, popis svařování vláken, nastavení routeru a seznámení s NIX.cz. V praktické části je cílem rozhodnout, která ze tří variant ( FTTH, FTTB nebo bezdrátové řešení) je optimální a k tomu využiji vícekriteriální rozhodování. Posledním z cílů je bližší seznámení s variantou FTTH a FTTB. 2.1 Pasivní prvky sítě Pasivní prvky sítě jsou ty, které se podílejí na přenosu, ale data žádným způsobem nemění ani neovlivňují. Hlavním zástupcem této kategorie jsou kabely. 8

8 V následující části se budu snažit popsat rozdíly mezi metalickými kabely a optickými vlákny Metalický kabel Nejrozšířenějším metalickým vodičem v síti LAN je kroucená dvojlinka (twisted pair cable). Je odvozena od telefonního kabelu a skládá se z 8 vodičů, které tvoří 4 páry. Podle [1] jsou páry vodičů po své délce pravidelným způsobem zkrouceny a následně jsou do sebe zakrouceny i samy výsledné páry. Elektrický signál, který je vodiči přenášen, je náchylný na rušení, jež vzniká vzájemným působením vodičů. U kroucené dvojlinky spočívá ochrana proti vzájemnému rušení v kroucení. Oba vodiče tvořící jeden pár, jsou navzájem zakrouceny, pravidelně střídají svou vzájemnou polohu. Také páry jsou navzájem překrouceny. Tím se minimalizuje ovlivňování jednoho vodiče druhým a vzájemné vlivy vodičových párů. Oproti koaxiálnímu kabelu má kroucená dvojlinka větší mechanickou odolnost a dovoluje data přenášet větší rychlostí. Další odlišností je, že na kroucené dvojlince není možné dělat odbočky. Kroucená dvojlinka je proto použitelná jen pro vytváření dvoubodových spojů, navíc je omezena jen na maximální vzdálenost 100 m (bez využití aktivních prvků). Existují dva základní druhy kroucené dvojlinky, a to nestíněná kroucená dvojlinka (UTP Shielded Twisted Pair) - viz obr 1. a stíněná kroucená dvojlinka (STP Shielded Twisted Pair) - viz obr. 2. Obrázek 1 : UTP Unshielded Twisted Pair (nestíněná kroucená dvojlinka) 9

9 Jednotlivé páry jsou vloženy do vnější plastické izolace. UTP je nejpoužívanějším vodičem v kabeláži sítí LAN. Obrázek 2 : STP Shielded Twisted Pair (stíněná kroucená dvojlinka) Od nestíněného kabelu se STP liší kovovým opletením. Stínění tak zvyšuje ochranu proti vnějším vlivům. Stíněn může být každý pár kabelu, nebo se stíní pouze plášť kabelu. Tyto kabely se využívají jen tam, kde dochází k vnějšímu rušení. U kabelů používaných pro rychlost 100 Mb/s se využívají pouze 2 páry, zbylé 2 jsou nevyužity. U rychlejších variant (například 1 Gb/s) je nutné použít všechny 4 páry. Kabely STP a UTP mají nejčastěji koncovku RJ-45 - viz obr. 3, která se využívá i u modemů nebo jiných ISDN zařízení. Obrázek 3: Koncovka RJ-45 s 8 piny 10

10 Konektor RJ-45 je koncovka vodičů UTP a STP. K jeho osazení jsou potřeba speciální krimpovací kleště. Barevné označení vychází z norem TIA/EIA 568-A a TIA/EIA 568-B - viz obr.4. U nás je rozšířenější norma 568-B. Obrázek 4: Konektor RJ-45 (koncovka vodičů) Optický kabel Optické kabely mají hlavní využití na páteřních spojích s velkým tokem dat. Jejich hlavní výhodou je, že na rozdíl od metalických kabelů je optické vlákno imunní vůči elektromagnetickému rušení, signál může být šířen na delší vzdálenosti a nedochází v šíření signálu k velkým ztrátám. Optický kabel je založen na odlišném principu než metalické kabely. Data nejsou přenášena elektricky v kovových vodičích, ale světelnými impulsy ve světlovodivých optických vláknech [1]. Podle konstrukce optického vlákna rozeznáváme dva druhy vláken: Mnohovidové (MMF Multi Mode Fiber) Jednovidové (SMF Sigle Mode Fiber) Mnohovidové vlákno (MMF Multi Mode Fiber) Způsob, jakým optické vlákno paprsek vede, záleží na tom, jak se mění optické vlastnosti (tzv. index lomu) na přechodu mezi jádrem vlákna a jeho pláštěm. Mění-li se skokem nebo plynule a je-li průměr jádra dostatečný ( mikrometrů), jde o vlákno schopné vést různé vlny světelných paprsků. V porovnání se SMF jsou vlastnosti tohoto typu vlákna horší, protože dochází k lomům vedeného světelného paprsku. Díku tomu dochází k částečnému zkreslení signálu. 11

11 Mění-li se skokem a je mnohovidové, jedná se o stupňovitý index lomu ( step index fiber ) Obrázek 5: Mnohovidové vlákno se stupňovitým indexem lomu Pokud se index lomu na přechodu mezi jádrem vlákna a jeho pláštěm nemění skokem, ale plynule, jde o mnohovidové vlákno s tzv. gradientním indexem lomu ( graded index fiber), který přenášené vidy ohýbá. Obrázek 6: Mnohovidové vlákno s gradientním indexem lomu Jednovidové (SMF Sigle Mode Fiber) Jednovidová vlákna jsou nejdražší typ řešení, ale dá se říci, že nejkvalitnější. Index lomu mezi jádrem a pláštěm optického vlákna je velmi malý a konstantní. Kabelem prochází jen jeden 12

12 paprsek bez lomů a pohybů. Tyto kabely mají lepší optické vlastnosti, vyšší přenosovou kapacitu a dokážou tak přenést signál na dlouhé vzdálenosti, což je asi největší rozdíl oproti MMF. Obrázek 7: Jednovidové vlákno s jedním paprskem Tabulka 1 : Porovnání vláken Výhody Nevýhody Mnohovidová vlákna snadnější spojování vláken levnější koncová zařízení levnější převodníky vyšší útlum (3.0 db/ km) Jednovidová vlákna nízký útlum vlákna (0,3 db/km) využití na dlouhých vzdálenostech obtížnější spojování vláken dražší převodníky dražší koncová zařízení Tabulka 1 ukazuje hlavní výhody a nevýhody jednotlivých vláken. Následující tabulka 2 porovnává další důležitý aspekt a to, jaký má daná technologie dosah a jaká je její cena. V tabulce jsou porovnány jak mnohavidová vlákna, jednovidová vlákna, tak klasický metalický kabel UTP/STP. Tabulka 2 : Dosah a cena kabelů Dosah technologie Cena řešení UTP/STP 100 m nízká Multimode do 2 km střední Singlemode min. 3 km vyšší 13

13 Z tabulky 2 je vidět, proč se často využívalo multimodové vlákno. Při tvorbě sítí je velice důležitá cena, ale i skutečnost, že maximální vzdálenost v lokálních sítích málokdy přesáhne 2 km. V případě, že kabel není kontinuální, ale je přerušen do různých částí (segmentů), pak může dojít k překročení útlumu, aniž by se přesáhla hranice délky technologie. V naší přítomnosti se již využívají v podstatě jen singlemodová vlákna. A to hlavně díky tomu, že se ceny těchto dvou druhů vláken přiblížily a jsou v podstatě stejné. Proto si každý zvolí kvalitnější cestu právě pomocí singlemodových vláken. Nyní tak již multimodová vlákna postupně z trhů mizí a jsou spíše již minulostí. Následující tabulka 3 srovnává optická vlákna podle ethernet standardu [4]: Tabulka 3 : Srovnání optických vláken podle ethernet standardů Optické kabely druhy Další možné dělení optiky je podle druhů kabelů. Základní druhy jsou tři a každý má svoje výhody a nevýhody. Druhy optických kabelů tedy jsou: suché gelové multi-tube 14

14 Obrázek 8 : Druhy optických kabelů Základní vlastnosti těchto druhů kabelů porovnává následující tabulka: Tabulka 4 : Porovnání základních vlastností kabelů Suchý kabel Gelový kabel Multi-tube kabel využití na kratší vzdálenosti využití na delší vzdálenosti využití na delší vzdálenosti sekundární ochrana je plast je levnější je levnější sekundární ochrana je gel sekundární ochrana je gel využití více vláken Optická vlákna musí být zakončena některým z více druhů konektorů. Obrázek 9 : Základní konektory typu LC a SC 15

15 Konektor LC se nejčastěji používá v duplexním provedení, kdy jsou dva simplexní konektory sepnuty dohromady a vytváří jeden duplexní konektor. Tento konektor je i rozměrově malý. Konektor SC je rozměrově větší a může být jak simplexový, tak duplexový (vysvětlené dále). Spoje mohou být: simplexové half-duplexové full-duplexové Simplexové spojení V obecném označení se jedná o jednosměrnou komunikaci. Je to spojení jednoho vysílače s jedním nebo i více přijímači. Příkladem pro simplexové spojení je třeba rozhlasové nebo televizní vysílání. Half-duplexové spojení V half-duplexovém spojení mohou obě strany vysílat nebo přijímat, ale nemůžou vysílat obě strany najednou. Vždy může probíhat přenos pouze jedním směrem. Jsou využívány dvě frekvence. Na jedné frekvenci se vysílá a na druhé se přijímá. Příkladem tohoto spojení může být vysílačka, kde po přepnutí se může měnit vysílač na přijímač. Full duplexové spojení U takzvaného plného duplexu může oboustranná komunikace probíhat současně. Lze si to představit jako telefonický hovor, kde probíhá oboustranná komunikace, jak je vidět i na obrázku 10. Obrázek 10 : Full-duplexové spojení 16

16 Svařování optických vláken Svařování optických vláken je nejčastější způsob jejich spojování. Je to poměrně náročný způsob spojování, a to jak finančně, tak časově. Je na to potřeba speciální vybavení, které je velice drahé a poměrně lehko poškoditelné. Při práci se svařovačkou musí být pracující velice opatrný a trpělivý. Svaření například 5 vláken může trvat až hodinu. Obrázek 11 : Fujikura SM175 Tento přístroj je velice drahý, stojí až statisíce Kč. Další potřebnou věcí je zalamovačka, která je zobrazena na obrázku 12. Obrázek 12: zalamovačka Vlákno je v zalamovačce přesně srovnáno pomocí drážek a podložních destiček. Obsahuje diamantový břit, aby byl řez naprosto přesný. 17

17 Postup sváření: Na optickém vlákně se nejdříve musí odstranit volná sekundární ochrana. Pomocí speciálních kleští se odstraní primární ochrana optického vlákna na jeho konci v délce asi 4 cm. Bezchloupkovým kapesníčkem namočeným v izopropylalkoholu se odstraní poslední nečistoty nebo zbytky tmelu z vlákna. Pak se vlákno vloží do zalamovačky a musí se zalomit. Po správném zalomení se již může vlákno vložit správným způsobem do svářečky. Vlákno musí mít určitou délkou, musí být správně zalomené a musí být naprosto čisté, jinak svár nebude v pořádku. Stejný proces musí nastat i u druhého vlákna, které se také správným způsobem musí založit na druhou stranu svářečky. Po založení vláken se po stisku tlačítka v předem nastavené svářečce spustí program sváření. Svářečka snímá mikroskopický obraz vláken ze dvou kolmých směrů kamerou (nejnovější svářečky to již umí ve 3 směrech). Poté vlákna přiblíží na vzdálenost několika mikrometrů, která je optimální pro svařování. Zapálí mezi elektrodami přesně regulovaný výboj, který provede natavení konců vláken. Zároveň provádí s vlákny velmi jemný pohyb směrem k sobě a od sebe tak, aby došlo k optimálnímu spojení a aby vlákno v místě sváru mělo zachovanou přesnou tloušťku. Pokud nastane nějaký problém, svářečka ho na monitoru vypíše. Nejčastější chyby při sváření: Tabulka 5 : Chyby ve svařování optických vláken Chybová hláška Too long fiber Too dusty fiber Motor overreturn Large cleave angle Podrobnější vysvětlení konce vláken jsou vloženy až mezi elektrody nebo až za ně nečistoty na povrchu vlákna vlákna jsou příliš daleko od elektrod nebo nejsou vlákna správně do V- drážky špatné konce vláken (často bývají špatně zalomené) 18

18 Pokud je svár v pořádku, tak svářečka provede tahovou zkoušku, při které vyzkouší pevnost sváru. Po této fázi svářečka vypíše, k jakému útlumu na sváru dojde. Pokud je útlum velký, je třeba svár udělat znovu. Pomocí svářečky Fujikura jsem se pokusil svařit dvě optická vlákna, tak, aby byl útlum co nejnižší. Na následujícím obrázku číslo 13 jsou vidět ještě dvě nesvařená vlákna s úhly, pod kterými vstupují do svářečky. Na obrázku vedle je již vlákno svařeno a má 0.00 db, což je nejlepší možný výsledek. Optická vlákna se tak svařila správně. Obrázek 13: Svařování optického vlákna Při správně zhotoveném sváru se útlum pohybuje v řádu setin db. Aby se svár nepoškodil, je třeba ho ještě chránit. Na to se využívají smršťovací trubičky. Před svárem se na jednu stranu vlákna navlékne tato trubička, která se po svaření vláken nasune na svár a vloží se do regulované pícky, která je součástí svařovačky. Trubička se smrští a chrání tak svár, aby nebyl mechanicky nebo i vlivem počasí zranitelný. 2.2 Pasivní prvky sítě Aktivní prvky jsou důležité části celé sítě. Kabel dokáže přenést data, ale výběr trasy, kontrolu správnosti paketů, rozhodnutí, do které sítě má paket projít, zajistí právě aktivní prvky sítě. 19

19 Na přenosu dat se tyto prvky aktivně podílejí, a proto se jim říká aktivní prvky sítě. Tyto prvky pracují na různých vrstvách a mají různé vlastnosti. Na následující tabulce číslo 5 je přehled základních aktivních prvků, jejich základní funkce a na jaké vrstvě fungují: Tabulka 6 : Základní aktivní prvky Aktivní prvek Funkce Vrstva ISO/OSI Repeater (zesilovač) Zesiluje signál Fyzická Transceiver (převodník) Převádí signál mezi různé typy kabelu Fyzická Hub ( rozbočovač) Rozvádí signál do všech větví sítě Fyzická Switch Filtruje pakety, propojuje přímo komunikující stanice Linková Routek (směrovač) Směruje pakety Síťová Gateway (brána) Propojuje dvě rozdílné sítě Aplikační Repeater Patří mezi jeden z nejjednodušších aktivních prvků, protože pouze zesiluje signál, který dostane. Hlavní využití repeateru je na dlouhých vzdálenostech, kde by na konci kabelu již nebyl dostatečně silný signál [1]. Časté využití repeateru je v tzv. WDS 1. Obrázek 14 : Repeater 1 WDS umožňuje automatizované přeposílání dat od hlavních uzlů do uzlů vedlejších 20

20 2.2.2 Transceiver Transceiver je podobný jako repeater, zesiluje signál. Odlišností ale je, že je schopný signál převést z jednoho typu kabelu na typ jiný (např. z kroucené dvojlinky na optický kabel) Hub Byl to nezbytný prvek počítačových sítí. V přítomnosti ho již ale nahradil switch. Základní funkcí hubu bylo větvení signálu. Hub dostane od počítače signál, přijme ho, zesílí a následně pošle do sítě všem připojeným počítačům. Huby se dělí podle přenosové rychlosti na 10 Mbit/s, 100Mbit/s nebo přepínatelné, které podporují jak 10 Mbit/s, tak i 100Mbit/s. Další možností členění hubů je podle počtu portů RJ-45. Nejčastější huby byly vyráběny s pěti, osmi, dvanácti nebo šestnácti porty Switch Switch je prvek, který nahradil hub. Většina sítí podle normy Ethernet využívá přístupovou metodu CSMA-CD 2. Tím se postupně síť zahlcuje se stoupajícím počtem stanic. Switch tento problém výrazně eliminuje, protože oddělí komunikaci tak, že signál neposílá do celé sítě, ale přímo cílové stanici. Vytvoří tak v podstatě virtuální okruh mezi právě komunikujícími stanicemi. Switch řídí tok informací pomocí MAC adresy (fyzické adresy). Switche se používají k přepínání paketů mezi počítači a jinými zařízeními v síti kombinací softwaru a hardwaru. Switche mají již svůj vlastní operační systém. Když je PC zapojeno do switche přímo, může pak switch každému PC poskytnout vyhrazenou šířku pásma. Například uživatelé sítě Ethernet s rychlostí 100Mb/s mohou doopravdy využít šířku 100 MB/s. Počítače se tak nemusí o pásmo dělit, jak tomu bylo právě u hubu. A to je hlavní důvod, proč switche tak rychle nahrazují nebo skoro již nahradily huby. Obrázek 15: 24 portový switch 2 CSMA-CD je protokol pro přístup k přenosovému médiu v počítačových sítích. 21

21 Vzhledem k srovnatelné ceně switchů a hubů se již huby prakticky nevyužívají. Obrázek 16: zapojení switche do sítě Router Je to jeden z nejvýznamnějších aktivních prvků v síti. Pracuje na síťové vrstvě ISO/ OSI. Router používá kombinaci hardwaru a softwaru ke směrování. Softwarem v routeru je určitý druh operačního systému. Tento systém lze poměrně variabilně konfigurovat [3]. Router je schopen pracovat s různými protokoly, jako jsou například TCP/IP nebo IPX/SPX. Routery rozdělují rozsáhlé počítačové sítě do menších segmentů, kterým se říká podsítě. Obrázek 17: Router 22

22 Využívaným routerem, který má asi největší uplatnění, je takzvaný wi-fi router. Již z názvu je patrné, že hlavní vlastností je, že se na wi-fi router lze připojovat přes bezdrátové spojení. Pomocí tohoto zařízení se tak může uživatel připojovat přes bezdrátové spojení kdekoliv, kde je signál. A proto se využívá jak v domácnostech pro pokrytí celého bytu či domu, tak se také využívá ve firmách pro pokrytí celé organizace nebo podniku. Díky variabilnímu nastavení lze nastavit wi-fi router podle požadavků uživatelů a lze je určitým způsobem i zabezpečit Gateway Pracuje až na nejvyšší úrovni modelu ISO/OSI, a to na aplikační vrstvě. Slouží k připojování sítí LAN na cizí prostředí, například k velkým sálovým počítačům. 2.3 Bezdrátové technologie V bezdrátových sítích se signál přenáší elektromagnetickým vlněním. Elektromagnetické vlny se liší vlnovou délkou a frekvencí. A jelikož je málo volných frekvencí, tak na bezdrátové sítě zbyla frekvence 2,4 GHz a 5 GHz [2]. 2,4 GHz frekvence je volné pásmo, ale je využívané i jinými technologiemi, jako je například mikrovlnná trouba, jiné wi-fi sítě, Bluetooth nebo třeba některé bezdrátové telefony. Hlavní výhodou bezdrátových sítí je samozřejmě to, že není třeba žádná kabeláž. Velkou nevýhodou ale je, že bezdrátové technologie bývají dražší, nedosahují tak vysokých rychlostí a i udržení bezpečnosti je složitější. Bezdrátové technologie mají využití hlavně tam, kde se nelze připojit přímo na optický nebo i metalický kabel. Příkladem takové jednotky může být NanoStation M5 Air Max (obr. 18). Tato jednotka umožňuje komunikaci rychlostí až 150 Mb/s. Další výhodou je vedle vysoké přenosové rychlosti díky standardu n využití časového multiplexu TDMA, což umožňuje na jednotku v režimu AP připojit více než 300 klientů. Nastavení tohoto zařízení je poměrně jednoduché přes webovou administraci. 23

23 Obrázek 18: NanoStation M5 Air Max MikroTik Router OS Jedná se o operační systém, který funguje na bázi Linux. Je vhodný pro bezdrátové spoje a je to bezpečný HW firewall, popřípadě router, který má poměrně snadnou konfiguraci. Ke komunikaci s tímto systémem se nejčastěji využívá GUI WinBox, SSH nebo TelNet. Router OS umožňuje provozovat mnoho věcí od FTP serveru po dynamické routování. Hlavní výhody: Hlavní nevýhody: rychlost jednoduchá konfigurace firewall proxy dynamické routování neposkytnutí zdrojového kódu nemožnost fungování vlastních aplikací v ROS vázanost WinBox na Windows 10 24

24 Pro lepší představu jsem pomocí aplikace WinBox vytvořil obrázek, kde je vidět Interface List (rozhraní) a kde jsou vidět další možné záložky, ve kterých jde Mikrotik nastavit 3. Obrázek 19: Interface v aplikaci WinBox Další obrázek ukazuje to samé, ale již ne přes WinBox, ale přímo přes terminálové okno pomocí příkazu interface print. Obrázek 20 : Terminálové okno 3 Rozhraní z mikrotíku firmy Dupeto s.r.o. v ulici Křižíkova v Trutnově 25

25 3. Nastavení routeru Router je základním aktivním prvkem sítě. Pro tuto práci jsem vybral obyčejný router od firmy OEM. Je to standardní router využívaný v domácnostech i ve firmách. 3.1 Základní vlastnosti routeru Hmotnost: 0,2 kg Rozměry: 137 x 96 x 35 mm Porty: 4x LAN - 10/100BaseTX Ethernet port, konektor RJ-45 1x WAN - 10/100BaseTX Ethernet port, konektor RJ-45 1x RSMA Female konektor pro připojení externí antény Vysílací výkon: IEEE b/g: +5 až +17 dbm při 54 Mbps Pracovní módy: AP, Client, Bridge a Router Napájení: Adaptér 230V / 12-18V = / 1A Bezpečnost: MAC Access control Pre-Shared Key Firewall s filtrováním portu atd. Normy: b, g Šifrování: WEP 64, WEP 128, WPA, WPA2, 802.1X Citlivost: b: -80 dbm, g: -68 dbm Frekvence: 2.4 GHz 26

26 Obrázek 21: Router s anténou 3.2 Softwarové nastavení routeru Pro připojení na tento router stačí zadat do prohlížeče IP adresu: Při prvním připojení login a heslo nejsou nastavené. Po připojení na router se zobrazí základní informace routeru, tzv. Broadband Router Status. Broadband Router Status ukazuje hlavní nastavení routeru. V tomto případě je vidět, že router fungoval již více než 34 dní bez restartu a obsahuje firmware v1.4.6.i. Bezdrátová technologie je nastavená na mód AP v rozsahu 2.4 GHz. SSID (jedinečný identifikátor) je nastavený na jméno Sparta. V protokolu TCP/IP je nastavena fixní IP adresa, a to: DHCP Server je povolen. V poslední části, a to v konfiguraci WAN, je opět nastaveno fixní IP, IP adresa, brána nebo i MAC adresa. 27

27 Obrázek 22 : Interface routeru V levé části managementu routeru je nabídka, ve které se celý router nastavuje. Má celkem 9 částí. První částí je již zmíněný status. Další části jsou: Setup Wizard Tato část je jakýmsi průvodcem konfigurací routeru. Operation mode funkce. V této části se nastavují různé režimy LAN, WAN, rozhraní pro NAT nebo přemosťovací 28

28 Wireless Tato část se skládá z konfigurace bezdrátového připojení. V hlavním nastavení lze nastavit SSID nebo mód, jestli je zařízení nastavené na AP, Klient, WDS nebo AP+WDS. V dalších možnostech lze nastavit bezpečnost. TCP/IP Settings Tato stránka se používá ke konfiguraci parametrů pro lokální síť, která se připojuje k portu LAN. Lze zde nastavit adresu IP, masku podsítě, DHCP atd. Další možnosti nastavení Na routeru je možno vidět základní statistiky, jako jsou například odeslané nebo přijaté pakety. Dále tento router obsahuje i funkci QoS, která řídí datový tok. Pomocí QoS se může např. nastavit maximální nebo minimální přenosové pásmo pro určitá data. Dalším nastavením je možnost změny loginu a hesla na routeru. 4. NIX NIX.CZ, z.s.p.o. (zájmové sdružení právnických osob) je společnost sdružující české i zahraniční poskytovatele internetových služeb za účelem vzájemného propojení jejich sítí. Připojení do infrastruktury sdružení je umožněno ze čtyř pražských lokalit. NIX 1 České Radiokomunikace, Mahlerovy sady 1, Praha 3 NIX 2 - GTS Novera Telehouse,Vinohradská 190, Praha 3 NIX 3 T-Systems Telehouse, 5.května 65, Praha 4 NIX 4 Sitel Telehouse, Nad Elektrárnou 411, Praha 1 Dostupná rozhraní v jednotlivých uzlech : NIX1ethernet 1GB SFP, 10GB XENPAK NIX2ethernet RJ-45 10/100/1000, 1GB SFP, 10GB XENPAK NIX3ethernet RJ-45 10/100/1000, 1GB SFP, 10GB XENPAK NIX4ethernet RJ-45 10/100/1000, 1GB SFP, 10GB XENPAK 29

29 NIX je v podstatě centrálním bodem českého internetu. Všechny čtyři lokality jsou vzájemně propojeny optickými trasami a páteřní switche mají aktivovány protokol Rapid spanning tree, díky kterému se při poruše některého propoje data okamžitě (do sekundy) začnou posílat jinou cestou. Pro připojení celé sítě MAN je proto ideální, aby byla přímo napojena do NIXU. K tomuto účelu lze pronajmout optické okruhy a přes ně se dostat právě do centra českého internetu. Obrázek 23 : Datový tok přes Nix.cz 30

30 Praktická část 31

31 5. Analýza V této práci jsem vybral tři varianty, které jsem porovnal z různých hledisek. Všechna tři řešení jsem porovnal jak teoreticky, kde slovně popisuji, v čem je dané řešení lepší a výhodnější a naopak v čem horší, tak prakticky pomocí vícekriteriálního rozhodování, kterým jsem se snažil najít hledané optimální řešení. Tři navrhovaná řešení tedy jsou: FTTH FTTB bezdrátové řešení. Každý tento způsob má své výhody i nevýhody. Vymezil jsem tedy kritéria, která jsou dle mého v porovnání možných řešení nejdůležitější jak z hlediska uživatele, tak z hlediska poskytovatele. Kritéria, která jsem tedy porovnával, jsou: rychlost spoje stabilita spoje bezpečnost cena obtížnost vybudování sítě rychlost zřízení sítě údržba sítě možné služby využívané na síti Výše uvedená kritéria nejsou samozřejmě jediná, ale zvolil jsem je proto, že se domnívám, že jsou nejdůležitější. Pro uživatele jsou nejdůležitější rychlost, stabilita spoje a cena. Pro poskytovatele to pak je obtížnost vybudování sítě, rychlost zřízení sítě, údržba sítě i možné služby využívané na síti. 32

32 Obrázek 24 : Schéma tří řešení, které jsem porovnával 33

33 Na obrázku 24 je vidět, jaké jsou rozdíly mezi FTTH, FTTH a bezdrátovým řešením. U řešení A, tedy bezdrátového řešení, vychází signál po metalickém kabelu do nějakého vysílače. Z vysílače putuje signál pomocí bezdrátových technologií blíže k uživateli. Většinou příjmové zařízení bývá na střeše uživatelova domu. Dále v domě se využijí opět metalické kabely. Řešení B, tedy FTTB (fiber to the building optické vlákno do budovy) funguje na propojení metalických a optických kabelů. Většinou se jedná o zavedení optických kabelů do domu a dále po domu se signál šíří už pomocí metalických kabelů. Řešení C je FTTH (fiber to the home optické vlákno až do bytu), a jak je vidět z obrázku, signál jde po optickém vlákně od serveru, až k uživateli. Optická vlákna bývají většinou opět zakopána v zemi, výjimečně jsou povoleny opět převěsy mezi domy. 5.1 Rychlost Rychlost je jedna z nejdůležitějších vlastností sítě. Již je pryč doba modemů, kdy se stahovala jedna písnička 5 minut. Uživatelé požadují stále vyšší rychlost, aby mohli využívat různorodé služby na internetu. Někteří provideři na své síti poskytují i IPTV nebo VOIP telefony. Pro tyto služby ale již musí být síť vybavena dražší technologií. Na své praxi jsem porovnával rychlosti na různých bodech celé sítě. Nejvyšší rychlost byla vždy na páteřních spojích sítě, které mezi sebou jsou spojeny pouze optickým vláknem. Řešení FTTH i FTTB splňovala i ta nejpřísnější kritéria. Rychlost byla stále velice vysoká a přitom konstantní. Proti tomu bezdrátové řešení nedosahovalo takových rychlostí a ještě rychlost nebyla konstantní a zaznamenal jsem velké výkyvy, například při špatném počasí. Rychlost jsem testoval na různých bodech sítě, kde byla použita právě různá řešení síťové architektury. Kritéria pro měření byla: Průměrná rychlost připojení Průměrná rychlost stahování dat Průměrná rychlost odesílání dat Průměrná rychlost odezvy Nejkratší odezva Nejdelší odezva Nejlepší měření měla technologie FTTH, kde vlákno vede přímo k uživateli. Rozdíl mezi FTTH a FTTB nebyl nijak závratně velký. Ovšem bezdrátové spoje zde hodně zaostávaly. Testovaný bod byl připojený 5 GHz anténou. Z toho je již jasné, že rychlost musí být omezena 34

34 maximální rychlostí této antény. Při použití lepší bezdrátové technologie, například laseru, by rychlost mohla také vyrůst až na 1 Gbit. Toto řešení by bylo ovšem v podstatě nemožné, aby k uživateli vedl přímo domů laserový spoj, protože stojí v řádu statisíců Kč. Využívá se jen na páteřní spoje, kde není možné mít optické vlákno. V řešení FTTH a FTTB jsou použity optické 1 Gbit switche. Měřil jsem na síti, která je připojena optickým vláknem pomocí řešení FTTH. Jak je vidět z doložených obrázků, rychlost byla velice vysoká. Pro měření odezvy jsem využil server jako jeden z nejvíce navštěvovaných serverů. Obrázek 25: Ping na nebyly žádné. Bylo provedeno 11 měření a výsledek byl vždy 1ms nebo dokonce menší než 1ms. Ztráty 35

35 Obrázek 26: Ping na s 1000x většími pakety Provedl jsem test opakovaně, ale s 1000x většími pakety. Odezva se prakticky nezměnila, pouze 1 x z 12 měření byla odezva 2 ms, jinak vždy 1ms. Ztracené pakety byly opět nulové. Odezva od daného cíle se zvyšuje jak vzdáleností, kterou paket musí urazit, tak počtem prvků přes které paket jde. A právě proto je nejlepší varianta FTTH, kde má uživatel optické vlákno až do bytu, což mu zaručí vysokou rychlost. 5.2 Stabilita spoje Optimální síť nesmí být pouze rychlá, ale musí být stabilní. Stabilní ve smyslu toho, aby v síti nebyly nejlépe žádné výpadky a rychlost byla konstantní a nekolísala. Zde opět vyšla nejlépe FTTH. Nejméně stabilní jsou opět bezdrátové spoje. FTTH nebo i FTTB jsou stabilnější, protože přenos signálu není ovlivněn vnějšími vlivy. V optimálním případě je vlákno zakopáno v zemi v HDPE chráničkách. Proto je pravděpodobnost výpadku velice malá. Dalším důvodem je i to, že síť bývá zakruhovaná a pokud se někde přeruší, signál může jít druhou stranou. Nejčastější výpadky tedy jsou pouze v případech poruch na optických switchích, které však nejsou časté. Naproti tomu u bezdrátových spojů jsou výpadky velice časté. Velký vliv na přenos signálu má také počasí. Při hustém sněžení nebo dešti již signál velice slábne, nebo má úplné výpadky. Při špatné trajektorii signálu je také možnost, že do signálu vstoupí nějaký nový předmět a signál se tak přeruší. Může se jednat například o výstavbu nových domů, růst stromů. Antény bývají u uživatele většinou přímo na 36

36 střeše nebo v okně. Při dešti pak voda může zatéci přímo do vnitřku antény a přenos se tak může opět přerušit. U bezdrátových spojů je mnoho možností, proč signál kolísá nebo úplně vypadne. Proto jsou tyto spoje v porovnání s FTTH nebo FTTB nestabilní. 5.3 Bezpečnost Bezpečnost je jasně nejlepší u sítí FTTH. Optické vlákno vede od uživatele přímo do nějakého centrálního bodu, a proto je zabezpečení vysoké. U FTTB je zabezpečení již nižší, jelikož jsou switche přímo v budově a kdokoliv se k nim může dostat. Proto se často využívají bedny na zámky, do kterých se pak aktivní prvky vkládají. Do beden často bývá nainstalováno zařízení, které pozná, když se bedna otevře. Pokud se otevře, pošle po síti signál na server. Server pak přes SMS bránu rozešle technikům SMS, že bedna byla otevřena, čímž se zaručí určitá bezpečnost, že se do switche nepřipojí nějaký černý pasažér. Bezdrátové sítě využívají takzvaný SSID (Service Set Identifier), což je jedinečný identifikátor každé bezdrátové sítě. Na daném vysílači je pak většinou nastaveno heslo pro přihlášení nebo možnost, že se k síti přihlásí jen předem nastavená MAC adresa. I tak je ale bezdrátová síť nejméně bezpečné řešení. 5.4 Cena Největší výhodou bezdrátových sítí je právě cena. Při připojení uživatele je třeba pouze vysílač z nějakého bodu, kde již síť je zhotovená, přijímač u uživatele, který se většinou dá za okno nebo na střechu. Z přijímače pak vede metalický kabel přímo do zásuvky pro konektory RJ-45. Uživatel se tak může napojit přímo, nebo si může ještě byt pokrýt wi-fi signálem pomocí nějakého wi-fi routeru. Celková cena i s prací technika se bude počítat na tisíce korun. Záležet bude na přijímači, vysílači nebo délce kabelu. Řešení FTTB tak bude již zásadně dražší. Již připojení domu optickým vláknem bude stát desetitisíce Kč. Cena připojení domu na optické vlákno je určena délkou výkopu, kde se položí vlákno do HDPE chrániček, tak velikostí věcného břemene, které poskytovatel musí platit majiteli pozemku. V samotném domě (panelovém domě) se vlákno přivede do switche. V panelovém domě je optimální, pokud se jak vlákna, tak metalické kabely vloží do husích krků, které jsou většinou schovány ve stupačkách domu. 37

37 Obrázek 27: Husí krky ve stupačkách Optické vlákno přivede signál do switche. Signál je dále šířen pomocí metalických kabelů přímo k uživateli do zásuvek s konektory RJ-45. Uživatel si pak opět může byt pokrýt ještě wi-fi signálem pomocí wi-fi routeru. Toto řešení je již poměrně drahé a připojení jednoho panelového domu tak může vyjít až na statisíce korun. Záleží na typu switchů, velikosti věcného břemene a délky výkopu. Ještě dražší než FTTB je řešení FTTH. Na tomto řešení jsou nejdražší právě potřebné výkopy, do kterých se vloží HDPE chránička s optickým vláknem. Jelikož v tomto řešení je optické vlákno přivedeno k uživateli, neplatí se již v každém domě za optické switche. Optické vlákno je ale dražší než metalický kabel, a proto je FTTH dražší. Na tomto řešení je drahá i práce, protože u každého uživatele se musí optické vlákno zakončit zvlášť, což je velice časově i finančně náročné. Uživatel má pak doma Home Gateway, která již umí vysílat i wi-fi signál po bytě. Tato Home Gateway je ale poměrně drahá. 5.5 Obtížnost a rychlost vybudování sítě Připojit uživatele pomocí bezdrátové technologie je velice rychlé a poměrně i snadné, stačí jen nainstalovat vysílač, přijímač, natáhnout kabel do bytu a zabudovat zásuvku. Po nastavení aktivních prvků je tak uživatel připojený. Připojení přímo jednoho uživatele tak trvá maximálně několik hodin. U FTTH a FTTB je budování již velice obtížné. Jen na povolení k výkopům se může čekat až několik měsíců. Plán vybudování u FTTH i FTTB již nemůže navrhnout obyčejný technik, ale kvalifikovaný odborník, který zvolí optimalizovaný postup pro vytvoření sítě. Vybudování FTTH a FTTB sítě je tedy složité a časově velmi náročné, může se jednat až o několik měsíců. 38

38 5.6 Údržba sítě Údržba FTTH a FTTB je v podstatě nulová. Pokud je síť postavena správně, poskytovatel se již o síť nemusí skoro starat. V případě bezdrátových zařízení často nastávají různé problémy, které se musí řešit. Údržba je tak složitější a častější. 5.7 Možné služby využívané na síti Na poskytování služeb v sítí je nejlepší FTTH, která je nejrychlejší a zároveň nejstabilnější. A proto tyto sítě bývají často stavěny právě tam, kde poskytovatel chce zprovoznit služby v síti jako je IPTV nebo VOIP. IPTV je velice náročná na kvalitu sítě, ale FTTH řešení je na tuto kvalitu optimální. Ani FTTB by nemělo mít problém s VOIP a IPTV (i když se doporučuje pro IPTV hlavně FTTH). Na bezdrátových technologiích se využívá VOIP, ale ne vždy tato služba funguje stoprocentně. IPTV pomocí bezdrátových spojů nelze využívat. 5.8 Vícekriteriální rozhodování Na závěr analýzy bych rád využil vícekriteriální rozhodování, abych byl schopný určit optimální řešení. Kritéria jsem již teoreticky popsal a pro účel vícekriteriálního rozhodování jsem vytvořil stupnici od 1 do 10 (kde 10 je nejlepší možný výsledek) a daná řešení jsem ohodnotil. S přidělením kritérií mi pomohl pan Ing. Bohumil Holubec, který se počítačovými sítěmi zabývá a má letité zkušenosti. Kritéria kvalifikuji dle povahy na maximalizační a minimalizační. V tabulce číslo 7 jsou již vypsána kritéria, podle kterých se dané technologie porovnávají. Tabulka 7: Hodnoty pro vícekriteriální rozhodování Bezdrátové řešení FTTB FTTH Rychlost (max) Stabilita (max) Bezpečnost (max) Cena (min) Obtížnost vybudování (min) Rychlost zřízení sítě (min) Údržba sítě (max) Možné služby využívané na síti (max)

39 Dále je nutné kritéria převést na jeden typ. Pokud chceme převést minimalizační kritérium na maximalizační, pak vybereme v řádku příslušného kritéria největší číslo a od tohoto čísla odečítáme ostatní kriteriální hodnoty v daném řádku. Takhle jsem převedl na maximalizační hodnoty kritéria cena, obtížnost vybudování a rychlost zřízení sítě. V tabulce jsem tato kritéria zvýraznil červeně. Hodnoty v transformované tabulce jsem sečetl a dále zjistil ideální a bazální alternativu. Podle [5] je ideální alternativa nejlépe představitelná varianta, která podle všech kritérií nabývá nejlepšího hodnocení ze všech variant. Na druhou stranu můžeme definovat variantu s nejhorším ohodnocením podle všech kritérií, takovou variantu pak nazýváme bazální varianta. Tabulka 8: Hodnoty pro vícekriteriální rozhodování po transformaci Bezdrátové řešení FTTB FTTH Rychlost (max) Stabilita (max) Bezpečnost (max) Cena (max) Obtížnost vybudování (max) Rychlost zřízení sítě (max) Údržba sítě (max) Možné služby využívané na síti (max) Celkem ( = ) Ideální alternativa bude: 10; 9; 8; 7; 5; 6; 9; 10 Bazální alternativa bude: 3; 3; 4; 0; 0; 0; 3; 5 Po sečtení hodnot z tabulky po transformaci je vidět, že podle vícekriteriálního rozhodování je optimální řešení FTTH. Řešení FTTB má pouze o 1 méně, zato bezdrátové řešení má o 10 méně. V další tabulce jsem vycházel z tabulky číslo 8, kde jsem ještě přidal váhy pro daná kritéria. Váha je hodnota z intervalu <0,1> a vyjadřuje relativní důležitost kritéria v porovnání s ostatními. Součet hodnot vah se musí rovnat jedné. Váhy jsem opět konzultoval s panem Ing. Bohumilem Holubcem. V tabulce 9 jsou již hodnoty, které zahrnují i váhy kritérií. Dané hodnoty jsou opět sečteny. 40

40 Tabulka 9 : Důležitost kritérií váhy Bezdrátové řešení FTTB FTTH Váhy Rychlost 0,6 1,4 2 0,2 Stabilita 0,6 1,6 1,8 0,2 Bezpečnost 0,2 0,35 0,4 0,05 Cena 1,4 0,6 0 0,2 Obtížnost vybudování 0,75 0,3 0 0,15 Rychlost zřízení sítě 0,3 0,1 0 0,05 Údržba sítě 0,15 0,4 0,45 0,05 Možné služby využívané na síti 0,5 0,8 1 0,1 Celkem ( = ) 4,5 5,55 5,65 1 Z tabulky 9 je vidět, že optimálním řešením je FTTH technologie i po započítání důležitosti kritérií. Řešení FTTB má jen o 0,1 méně, zato bezdrátové řešení má o 1,15 méně. Z této tabulky vychází i následující graf, kde 2 je maximum a 0 minimum. Obrázek 28 : Graf kritérií podle důležitosti 41

41 6. Řešení Na základě své praxe, teorie a empirických dat, které jsem měl možnost srovnat, jsem došel k závěru, že pro každou lokalitu bude optimalizovaná síť vypadat jinak. Přímo pro metropolitní síť, kde se počítá i s připojením panelových domů a kde je poměrně vysoká koncentrace uživatelů (připojených bodů) bych navrhoval řešení, které využívá optické vlákno. Pak už je nutnost se jen rozhodnout, jestli využít přímo FTTH, kde se optické vlákno dostane až přímo k uživateli, kde ale tato varianta je jednoznačně nejdražší, anebo využít metodu FTTB, kde se optické vlákno zakončí v budově, po které je dále síť rozvedena již po metalických kabelech. V metropolitních sítích bych se tedy snažil o to, aby se využívalo co nejméně bezdrátových prvků a především se využívala optická vlákna, pokud je to možné. Záleží na poskytovateli, jaké služby na síti budou fungovat. Podle toho je nutné si vybrat i technologické řešení. Pomocí vícekriteriálního rozhodování jsem došel k závěru, že řešení FTTH je optimální. Naproti tomu bezdrátové řešení je nejméně optimální. Třetí řešení a to FTTB se velice blíží k FTTH. Z tabulky 9 je vidět, že pokud by poskytovatel dbal na odlišné důležitosti kritérií, mohlo by být řešení FTTB optimální. Pro můj případ je však optimální řešení FTTH. V dalších kapitolách jsem rozepsal detailněji řešení FTTB a FTTH. 6.1 FTTB Toto řešení je již koncipováno tak, aby síť byla stabilní, rychlá a kvalitní. Cenově je toto řešení poměrně přijatelné. Je to dražší řešení než využití pouze bezdrátových technologií, ale levnější než řešení FTTH. Mezi domy jsou optická vlákna zakopaná v zemi v chráničkách HDPE. Právě tyto spoje mezi domy, které jsou zakopány v zemi, jsou velice nákladné. 42

42 Obrázek 29 : FTTB Na obrázku jsou vyznačené dva panelové domy. Páteřní spoj je vyznačen žlutou čárou. Pro zakruhování, a tím zvýšení stability sítě, jsou ještě switche propojeny mezi sebou. Tím se docílí toho, že pokud se jedno vlákno někde poruší, tak signál půjde po druhém vlákně. Obrázek 30: Optický switch Jelikož v každém vchodu musí být jeden optický switch, je nutné dát pozor na bezpečnost. Proto se využívají bezpečností bedny, kde jsou switche schovány. 43