ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ. MEIII Druhy kabelů

Transkript

1 Projekt: ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ Téma: MEIII Druhy kabelů Obor: Mechanik Elektronik Ročník: 3. Zpracoval(a): Bc. Martin Fojtík Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010

2 Obsah Ethernet (pro rychlost 10 Mb/s)...3 Koaxiální kabel (koaxial cable)...3 Tlustý koaxiální kabel (thick Ethernet)...3 Tenký koaxiální kabel (thin Ethernet)...4 Kroucená dvojlinka (twisted pair cable)...4 Optický kabel (fiber optic cable)...6 Bezdrátové sítě (Wireless LAN)...7 Jednotlivé standardy bezdrátové sítě...8 Použitá literatura...9

3 ETHERNET (PRO RYCHLOST 10 MB/S) S tímto pojmem jsme se již několikrát setkali, nejrozšířenější standard sítí LAN nelze totiž při popisu síťových komponent ignorovat.od roku 1976, kdy jej navrhla firma Xerox, se vyvíjel a dnes tak existuje více jeho variant. Mezi základní znaky Ethernetu patří kolizní přístupová metoda CSMA/CD. Lze použít různé topologie a kabely (tím se zabývají jednotlivé specifikace Ethernetu). Díky rozšířenosti Ethernetu je příjemné velké množství aktivních prvků, které jsou na trhu k dispozici. Při stavbě Ethernetové sítě je nutné dodržovat topologická pravidla, především délku segmentů a celé sítě. Kolizní přístupová metoda totiž předpokládá, že se signál šíří v síti nekonečně rychle. Začne-li vysílat jedna stanice na začátku sítě, je ji okamžitě,,slyšet na konci sítě. Fyzikálně to je nesmysl (každé vlnění se šíří konečnou rychlostí), a tak jsou stanoveny maximální vzdálenosti, při kterých bude CSMA/CD ještě fungovat. Pro maximální rozměr sítě se také používá termín kolizní doména. Vzdálenosti závisí na elektrických vlastnostech kabelu a rychlosti přenosu dat. Pro každý standard Ethernetu jsou tedy jiné. Kabely U dnešních sítí se nejčastěji používají kroucené dvojlinky, jimž je věnován nejpodrobnější popis. Často jsou také optické kabely, kdežto kabely koaxiální pouze dožívají. Při výkladu se setkáme s několika pojmy, jež budou vysvětleny v následujících kapitolách (topologie, Ethernet), případně najdete jejich význam ve slovníku na konci knihy. Jednou z důležitých vlastností síťových kabelů je rychlost s jakou mohou přenášet data. Ta se vyjadřuje v Mb/s (megabity za sekundu, anglicky megabyte pre second-mbps), nejčastěji se u sítí LAN setkáme s rychlostí 10 nebo 100 Mb/s, ale rychle se šíří síťové prvky pro rychlost Gb/s (gigabity). KOAXIÁLNÍ KABEL (KOAXIAL CABLE) Je nejstarším kabelem používaným k propojování počítačů. Základem je měděný vodič, který je obalen plastovou izolací. Izolační vrstva je opletena stíněním (vetšinou kovové drátky nebo fólie). Vše je pak vloženo do vnějšího izolačně-mechanického obalu s plastu. Používají se dva druhy kabelů, které se od sebe liší elektrickými a mechanickými vlastnostmi. Pro koaxiální kabely je typická sběrnicová topologie. Rychlost přenášených dat je 10Mb/s. TLUSTÝ KOAXIÁLNÍ KABEL (THICK ETHERNET) Je nejstarším kabelem, dnes však používaným velmi málo. Byl poměrně tlustý (cca. 10mm), žluté barvy (odtud další název Yellow Ethernet). Měl velmi dobré elektrické vlastnosti, které umožňovaly jeho použití dlouhých kabelových segmentech, k nimž se připojovalo velké množství stanic. Proto se používal pro páteřní vedení (spojující jednotlivé sítě), dnes však tuto funkci zastávají optické kabely nebo kroucené dvojlinky. Jeho hlavní nevýhodou jsou mechanické vlastnosti-tloušťka kabelu vyvolává potíže při montáži (hlavně v ohybech). Dalším velkým nedostatkem je způsob připojení stanice ke kabelu. Ten totiž vyžaduje použití speciálního odbočovacího prvku transceiver (TCR), k němuž je připojen kabel tranciever cable (nebo velké AUI cable). Transciever je možné montovat pouze na předem označená místa kabelu. Odbočovací vodič může být dlouhý až 50m. Odbočovací kabel AUI (attachment unit interface) je zakončen 15kolíkovým konektorem, který se zasunuje do protějšku síťové karty.

4 TENKÝ KOAXIÁLNÍ KABEL (THIN ETHERNET) Ten byl standardem kabeláží lokálních sítí. Dnes se s ním setkáváme hlavně u starších sítí, ale i zde je postupně nahrazován kroucenou dvojlinkou. Jeho průměr je jen cca. 5 mm, nejčastěji je černé nebo šedé barvy. Snadněji se instaluje, má však horší elektrické vlastnosti než,,tlustý koax, proto se používá pro kratší síťové segmenty. Je zakončen BNC konektorem, který se zasunuje do síťové karty nebo T konektoru. Pro připojování jednotlivých počítačů ke kabelu se používá T konektor. Z obrázku je zřejmé, že připojení nového PC vyžaduje přerušení kabelu a vložení T-konektoru (z něhož je pak vyveden připojovací kabel k síťové kartě). Opakované přerušování koaxů je příčinou jeho hojných poruch (nejčastěji vyvolaný špatným nakonektorováním koncovek). Poruchy se těžko vyhledávají, často bývají i nahodilé, nepravidelně se opakující. Zejména u starších kabeláží je nejspolehlivější řešením opakujících se potíží přechodu na kabeláž kroucenou dvojlinkou. Kabel musí být na obou koncích ukončen zakončovacím odporem (50Ω)! Jinak by se elektrický signál odrazil od konce kabelu a utlumil by ostatní signály. Odpor je vsazen do BNC konektoru, takže se jednoduše přišroubuje k T-konektoru u poslední (a první) stanice sítě. Vyšší spolehlivosti koaxiální kabeláže dosáhneme tak, že T-konektory nahradíme speciálními EAD zásuvkami, našroubovanými na zeď. Počítače se pak připojují koaxiálním patch kabelem. Odpadne příčina většiny poruch - mechanické namáhání kabelu. název kabelu odpor doporučení označení rychlost přenosu konektor Tlustý Ethernet 50Ω 10Base5 RG-6 10Mb Transceiver a AUI kabel Yellow Ethernet zakončený 15 kolíkovým thick Ethernet konektorem Tenký Ethernet 50Ω 10Base2 RG-58 10Mb BNC, T konektor KROUCENÁ DVOJLINKA (TWISTED PAIR CABLE) Je odvozena od telefonního kabelu a dnes je nejrozšířenějším vodičem v sítích LAN. Elektrický signál, který je kabeláží přenášen, je náchylný na rušení. Koaxiální kabel řešil tento problém důkladnou izolací, opletenou stíněním. U kroucené dvojlinky spočívá ochrana v kroucení. Oba vodiče, jimiž je signál přenášen, se díky vzájemnému zkroucení pravidelně střídají, čímž se ruší možnosti ovlivňovaní jednoho vodiče druhým. V praxi se nejčastěji setkáváme s kabelem kategorie 5. Ten má čtyři páry vodičů a dovoluje přenos dat rychlostí 100Mb/s. Dříve se používal také kabel kategorie 3, jehož hlavním nedostatkem je rychlost přenášených dat pouze 10Mb/s. Protože se oba kabely cenově příliš neliší, dnes se instaluje především kabel kategorie 5 jím natažená kabeláž přenese data rychlostí i 100 Mb/s. I když ostatní prvky sítě pracují pouze rychlostí 10 Mb/s, nebude pozdější přechod na síť s rychlostí 100 Mb/s vyžadovat novou kabeláž! Kroucená dvojlinka je mechanicky mnohem odolnější než koax, při montáži se s ní snadněji manipuluje a dovoluje přenos dat rychlostí až 100 Mb/s (koaxiální kabel pouze 10 Mb/s) Pro tento způsob kabeláže je typická hvězdicová topologie. Maximální délka kabelu mezi PC HUBem je 100m. název kabelu odpor doporučení označení rychlost přenosu konektor Kroucená dvojlinka 100 ohmů 10BaseT Category 5 100Mb/s RJ 45

5 V podstatě se můžeme setkat s dvojím provedením dvojlinky. Nestíněná kroucená dvojlinka UTP (Unshielded Twisted Pair) Jednotlivé páry jsou vloženy do vnější plastické izolace. Je nejpoužívanějším vodičem v kabeláží sítí LAN. Stíněná kroucená dvojlinka STP (Shielded Twisted Pair) Od nestíněného kabelu se liší kovovým opletením, které zvyšuje jeho ochranu proti vnějšímu rušení Je samozřejmě dražší než nestíněný kabel a používá se jen tam, kde k vnějšímu rušení dochází. Praktické provedení Pro kabeláž twisted pair je nutný prvek, kterým jsou jednotlivé kabely spojeny, nazýváme jej HUB a je mu blíže věnována kapitola Aktivní prvky kabeláže a Strukturovaná kabeláž. V praxi se kabely z HUBu nepropojují přímo v počítači (i když možné to je), ale do zásuvek RJ 45, z nichž je připojen počítač. Pro kabel počítač zásuvka se používá termín patch kabel. Kabel používaný v sítích LAN se skládá ze 4 párů (tedy 8 vodičů). Vodiče jednoho páru jsou navzájem zkrouceny. Oba dráty mají stejný barevný základ, ale jeden z vodičů páru má barvu kombinovanou s bílou. Zakončuje se konektorem RJ 45. Zapojení jednotlivých párů v konektoru RJ 45 ukazuje tabulka. Vodič Barva pár signál 1 oranžovobílá 1(oranžový) + TD 2 oranžová 1(oranžový) - TD 3 zelenobílá 2(zelený) + RD 4 modrá 3(modrý) nepoužito 5 modrobílá 3(modrý) nepoužito 6 zelená 2(zelený) - RD 7 hnědobílá 4(hnědý) nepoužito 8 hnědá 4(hnědý) nepoužito Vidíme, že dva páry (modrý a hnědý) se nepoužívají. Propojovací kabely počítač zásuvka, zásuvka HUB či počítač HUB se zapojují na obou koncích stejně (podle tabulky). Pokud však propojujete jen dva PC, není nutný HUB, ale kabel musí být zapojen kříženě. Vodič barva Vodič barva 1 bílooranžová 1 bílozelená 2 oranžová 2 zelená 3 bílozelená 3 bílooranžová 4 modrá 4 modrá 5 bílomodrá 5 bílomodrá

6 6 zelená 6 oranžová 7 bílohnědá 7 bílohnědá 8 hnědá 8 hnědá některé typy kabeláží používají všech párů dvojlinky (plný duplex, rychlosti 100Mb/s). OPTICKÝ KABEL (FIBER OPTIC CABLE) Je založen na odlišném principu než předešlé kabely. Data nejsou přenášena elektricky v kovových vodičích, ale světelnými impulsy v průsvitných vláknech. Světelná vlákna jsou velmi tenká, ale z konstrukčních důvodů (pevnost) jsou uloženy v obalu, a tak na první pohled připomínají kabely kovové. Základní prvek kabelu optická vlákna, (jsou minimálně dvě, pro každý směr jedno), je vložen do vrstvy sekundární ochrany která zabraňuje mikroohybům kabelů (ty by utlumovaly průchod světelného paprsku vlákna). Konstrukční vrstva zvyšuje pevnost kabelu. Vše je uloženo v plastovém vnějším krytu. Existují dva druhy optických kabelů, které se liší způsobem vedení paprsku ve vlákně: Mnohovidové U nich se paprsek odráží od pláště vlákna. Index lomu pláště vlákna není konstantní a vlivem jeho změn je původní světelný paprsek rozložen na více světelných paprsků, tzv. Vidů. Na konec kabelu pak dojde původní paprsek rozložený na několik částí, které dorazí s určitým časovým odstupem, přenášený údaj je zkreslen.

7 Kabel má horší optické vlastnosti (proměnlivý index lomu), je však levnější a lépe se s ním pracuje. U sítí LAN se používají převážně tyto kabely. Jednovidové V nich je index lomu mezi jádrem a pláštěm optického vlákna velmi malý. Kabelem prochází jen jeden paprsek bez lomů a ohybů. Jednovidové kabely mají lepší optické vlastnosti a tím vyšší přenosovou kapacitu, dokáží přenést signál na delší vzdálenost než mnohovidové, jsou ale dražší. Koncovky Podobně jako předešlé druhy vodičů, je také optický kabel ukončen normovanou koncovkou. Převážně se používají dva typy zakončení: Kulatý konektor ST Hranatý konektor SC Optickým kabelem přenáší data světelný paprsek, ale ze síťové karty počítače vystupují údaje ve formě elektrických impulsů. Proto je na konci každého kabelu nutný převodník (transceiver). Jeho úkolem je převod elektrických paprsků na světelné impulsy a naopak. Dalším prvkem, který se využívá v optické kabeláži, je konvertor. Ten dovoluje napojit optický kabel na kroucenou dvojlinku. Má tedy zdířku pro optický kabel a kroucenou dvojlinku. Jeho elektronika zároveň převádí světelný paprsek na elektrické impulsy. Optické kabely mají mnoho výhod: přenos dat na velké vzdálenosti (řádově kilometry), vysokou kapacitu přenášených dat a rychlost 100Mb/s. Další jejich výhodou je absolutní odolnost proti všem elektromagnetickým rušením a vysoká bezpečnost přenášených dat (optické signály nejde odposlouchávat). Jejich hlavní nevýhodou je cena optické kabeláže. Vlastní kabel drahý není, ale ostatní prvky kabeláže jsou již dražší. Složité a drahé je také konektorování. Optické rozvody se většinou nepoužívají k připojovaní jednotlivých počítačů, kde by se jejich montáž prodražila. Najdeme je v páteřních vedeních, která spojují jednotlivé sítě. Zde se využije jejich rychlost, kapacita a přenos dat na velké vzdálenosti. Dále se používají k propojovaní síťových segmentů mezi budovami. Důvodem je výše uvedená odolnost proti všem magnetoelektrickým rušením (např. bleskům) a galvanické oddělení budov. BEZDRÁTOVÉ SÍTĚ (WIRELESS LAN) Při stavbě sítě musíme kromě jiného položit velké množství kabelů. To je náročné jak časově, tak finančně, navíc ne vždy realizovatelné. Základními prvky wireles sítí jsou přístupové body (Access Point-AP), které propojují bezdrátovou síť se sítí kabelovou. Druhou komponentu tvoří klientské adaptéry nebo sítové karty v PC. Oba základní prvky (AP a klient) signály vysílají a přijímají,jsou tedy kombinací vysílače a přijímače. Pro bezdrátové sítě LAN existuje standard IEEE Norma byla odvozená z Ethernetu.

8 JEDNOTLIVÉ STANDARDY BEZDRÁTOVÉ SÍTĚ IEEE a Tento standard využívá WIFI v pásmu 5Ghz. Používá modulaci OFDM. Oproti standardu IEEE b/IEEE g je tento stabilnější a vyspělejší. Má větší povolený vyzařovací výkon oproti b/g, tím ho lze používat na delší vzdálenosti. IEEE b Tento standard je jedním z doplňků norem IEEE zabývajících se definicí bezdrátového komunikačního standardu známým pod komerčním názvem WI-FI. Byl schválen v roce 1999 a oproti původnímu standardu navyšuje přenosovou rychlost na 11Mb/s v přenosovém pásmu 2,4 GHz. IEEE c IEEE c je WiFi standard věnující se přemosťování v bezdrátových zařízeních. Jde o hotový standard doplňující standard IEEE 802.1D, který přidává požadavky na přemosťování Media Access Control (MAC), což je podvrstva linkové vrstvy Standard IEEE 802.1D upravuje základní LAN standard pro rámce. Zejména dodává do klauzule 2.5 Support of the Internal Sublayer Service podklauzuli, která pokrývá přemosťovací operace v rámci MAC podvrstvy. IEEE d IEEE d je WIFI standard často nazývaný také jako globální harmonizační standard. Je používaný v zemích, kde nejsou povoleny systémy používající jiné dodatky ke standardu IEEE Definuje požadavky na k uspokojení regulačních domén nepokrytých existujícími standardy. Liší se v povolených frekvencích, vyzařovacích výkonech a propustnosti signálu. Specifikace eliminuje nutnost vývoje a výroby specifických IEEE e IEEE e je WiFi doplněk standardu IEEE vylepšující takzvanou Media Access Control (MAC) podvrstvu linkové vrstvy rozšířením podpory kvalitu služeb (Quality of Service,QoS). Standard je důležitý pro aplikace citlivé na zpoždění jako jsou Voice over Wireless IP a proudová multimédia. IEEE g Je WiFi standard rozšiřující IEEE b. Je zpětně kompatibilní, vysílá ve stejném frekvenčním pásmu MHz, ale maximální nominální rychlost je 54 Mbit/s, což odpovídá přenosům přibližně o rychlosti 25 Mbit/s. IEEE h IEEE h je WiFi standard doplňující IEEE a, který je navržen s ohledem na evropské podmínky, aby bylo možné sítě využívat mimo budovy. Řeší například problémy s rušením od ostatních zařízení pracujících na 5 GHz frekvenci. Na tomto pásmu pracují například radary nebo některé satelitní systémy. V podstatě mají bezdrátová zařízení v případě, že detekovaly rušení omezit vysílací výkon nebo uvolnit kanál, na kterém toto rušení rozpoznaly. Tento standard upravuje fyzickou vrstvu a podčást linkové vrstvy, takzvanou Media Access Control (MAC) podvrstvu. Dynamickým výběrem kanálu přináší také lepší pokrytí jednotlivých kanálů. IEEE n IEEE n je WiFi standard, který si klade za cíl upravit fyzickou vrstvu a podčást linkové vrstvy, takzvanou Media Access Control (MAC) podvrstvu tak, aby se docílilo reálných rychlostí přes 100 Mbit/s. Maximální fyzická (L1) rychlost může být až 600 Mbit/s při MAC (L2) rychlosti až 400Mbit, to v konfiguraci 4X4 MIMO. V roce 2008 se masověji prodávají zařízení n

9 Draft 2.0, typicky s konfigurací 2X2 nebo max. 3X3 MIMO. Reálná přenosová rychlost (L4) zatím do 200Mbit/s... Zvýšení rychlosti se dosahuje použitím MIMO (multiple input multiple output) technologie, která využívá vícero vysílacích a přijímacích antén. POUŽITÁ LITERATURA Jaroslav Horák, Milan Keršláger, Počítačové sítě pro začínající správce,computer Press,a.s Brno