Typy sítí podle technologie

Transkript

1 Typy sítí podle technologie ArcNet Token-ring 100VG-AnyLAN FDDI Ethernet Lekce 1: Úvod 1

2 ArcNet Attached Resource Computer Network (počítačová síť s propojenými prostředky) DataPoint Corporation 1977 Přenosová média: koaxiál (kroucená dvoulinka nebo optický kabel) Omezení na 255 stanic Maximální průměr 6,5 km Přístupová metoda: předávání známky (Token) Přenosová rychlost: 2,5 Mbps (ArcNet Plus až 20 Mbps) Fyzické zapojení: hvězda Logická komunikace: kruh Lekce 1: Úvod 2

3 Token Ring IBM 1984 Kruhová topologie (většinou kombinovaná s hvězdicovou skupiny stanic propojených do do hvězdy) Používají se kabelové koncentrátory MAU (Multistation Access Unit) Přístupová metoda: předávání známky (Token) Přenosové médium: kroucená dvoulinka ev. optický kabel Lekce 1: Úvod 3

4 100VG-AnyLAN HP Rychlost sítě min. 100 Mbps Max. průměr 7,7 km, počet stanic neomezený (podle počtu rozbočovačů) Přístupová metoda: Demand Priority 2 priority Normal / High O povolení rozhoduje centrální rozbočovač Lekce 1: Úvod 4

5 FDDI "Fiber Distributed Data Interface" (optické rozhraní pro distribuovaná data) Rychlost přenosu 100 Mbps Protisměrná kruhová topologie primární a sekundární kruh Vysoká spolehlivost sítě Přístupová metoda: TOKEN Přenosové medium: většinou optické vlákno (pro malé sítě kroucená dvoulinka - CDDI) Lekce 1: Úvod 5

6 Ethernet Nejrozšířenější typ sítě cca 80% zasíťovaných počítačů Xerox 1976 Různé typy: 10BASE5 10BASE2 Přístupová metoda CSMA/CD Lekce 1: Úvod 6

7 Ethernet 10BASE5 Tzv. tlustý Ethernet nebo žlutý kabel koaxiální kabel o impedanci 50 Ω a průměru 0,4 palce (přibližně 10 mm) 10 - nominální přenosová rychlost (10 Mbps) Base - přenos je prováděn v tzv. základním pásmu, tzn. že není prováděna modulace signálu 5 - vyjadřuje maximální délku jednoho souvislého kabelového segmentu, udávanou ve stovkách metrů (tedy 500 m). Po této vzdálenosti je nutno zapojit repeater Lekce 1: Úvod 7

8 Ethernet 10BASE5 Thick ethernet má jednu z výhod tu, že se dá na koaxiálním kabelu vytvořit několik odboček. Odbočka se vytváří tak, že se na koaxiální kabel připojí transceiver. Ten se připojuje pomocí zvláštních konektorů (tzv. vampíří přípoje), které se přišroubují na označené místo na kabelu, kde se konektor zapíchne jednou špičkou do středového kabelu a druhou do opletení. Tato metoda dovoluje připojení ke kabelu bez jeho přerušení, což je více spolehlivé a méně ztrátové. Z transceiveru může vést až 50 m dlouhý "drop" kabel. Na každém segmentu (500 m "tlustého koaxu") může být připojeno maximálně 100 stanic. Každý konec segmentu musí být ukončen odporem (tzv. terminátorem) o stejné impedanci jako je impedance kabelu (což je 50 Ω). Lekce 1: Úvod 8

9 Ethernet 10BASE5 Výhody vysoká odolnost proti rušení díky čtyřnásobnému opletení rychlost šíření signálu je 0,77c možnost připojení odboček (tzv. drop kabelů) Nevýhody komplikovaná instalace kabelů (malá ohebnost) nutnost opatření každého konce koaxiálního kabelu speciálním zakončovacím členem, tzv terminátorem Lekce 1: Úvod 9

10 Ethernet 10BASE2 Tzv. tenký Ethernet tenký koaxiální kabel s impedancí 50 Ω rychlost přenosu 10 Mbps vzdálenost mezi uzly maximálně 185 metrů sběrnicová topologie Lekce 1: Úvod 10

11 Ethernet 10BASE2 Segment složen složen z jednotlivých kusů kabelu RG- 58, které jsou na obou koncích opatřeny BNC (Bayonet Neill Concelman) konektorem. Konektor je připojen do (přímé větve) BNC T- konektoru. Na odbočku BNC-T konektoru je připojena síťová karta, na druhou přímou větev BNC T-konektoru je připojen buď kabel k dalšímu počítači nebo terminátor. Celý segment se nesmí větvit, nesmí být spojen do smyčky. Ani dva počítače nelze spojit pouze koaxiálním kabelem, jsou potřeba dva BNC T-konektory a dva terminátory. Pro rozvětvení sítě je možné použít hub (multiport repeater) (případně switch, bridge nebo router). Lekce 1: Úvod 11

12 Další typy Ethernetu 10BASE-T Jako přenosové médium používá kroucenou dvojlinku s rychlostí 10 Mbit/s. Využívá dva páry strukturované kabeláže ze čtyř. Dnes již překonaná síť, která byla ve většině případů nahrazena rychlejší 100 Mbit/s variantou. 10BASE-F Varianta s optickými vlákny o rychlosti 10 Mbit/s. Používá se pro spojení na větší vzdálenost, nebo spojení mezi objekty, kde nelze použít kroucenou dvojlinku. Tvořila obvykle tzv. páteřní síť, která propojuje jednotlivé menší celky sítě. Dnes je již nahrazována vyššími rychlostmi (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet). Lekce 1: Úvod 12

13 Další typy Ethernetu 100BASE-TX Varianta s přenosovou rychlostí 100 Mbit/s, které se říká Fast Ethernet, používá dva páry UTP nebo STP kabelu kategorie BASE-T2 Používá dva páry UTP kategorie 3, 4, 5. Je to varianta vhodná pro starší rozvody strukturované kabeláže. 100BASE-T4 Používá čtyři páry UTP kategorie 3, 4, 5. Také vhodná pro starší rozvody strukturované kabeláže. 100BASE-FX Fast Ethernet používající dvě optická vlákna. Lekce 1: Úvod 13

14 Další typy Ethernetu 1000BASE-T Ethernet s rychlostí 1000 Mbit/s, nazývaný Gigabit Ethernet. Využívá 4 páry UTP kabeláže kategorie 5e, je definován do vzdálenosti 100 metrů. 1000BASE-CX Gigabit Ethernet na bázi měděného vodiče pro krátké vzdálenosti, učený pro propojování skupin zařízení. 1000BASE-SX Gigabit Ethernet používající mnohavidové optické vlákno. Je určen pro páteřní sítě do vzdáleností několik set metrů. 1000BASE-LX Gigabit Ethernet používající jednovidové optické vlákno. Je určen pro větší vzdáleností až několika desítek kilometrů. Lekce 1: Úvod 14

15 Další typy Ethernetu 10GBASE-T Ethernet s rychlostí 10 Gbit/s, nazývaný Ten Gigabit Ethernet (nebo také EFM Ethernet on the first mile). Do vzdálenosti 55 metrů lze využít kabeláž kategorie 6. Pro využití plné délky 100 je nutné použít kategorii 6a (augmented Category 6 šířka pásma 500 MHz). Někteří výrobci prodávají kabely kategorie 7, které jsou označeny jako kompatibilní s 10GBASE-T. V současné době (rok 2007) je ve vývoji nestíněná varianta UTP kabeláže kategorie 6a. 40GBASE a 100GBASE s rychlostí 40 a 100 Gbps by měl používat optická vlákna; měděné kabely do délky alespoň 10 metrů Lekce 1: Úvod 15

16 Druhy přenosů Bodová komunikace (P2P = Point To Point) Přímá komunikace mezi dvěma body hojně využívána např. v telekomunikačních sítích. Zpráva nemusí být adresována. Při P2P komunikaci mezi dvěma subsystéme se využívá směrovačů (routerů) a princip přepojování paketů. Všesměrová komunikace (Broadcast) Zprávy od vysílajícího systému přijímá více přijímajících systémů (např. satelitní síť). Zpráva musí být adresována, zpracují ji pouze relevantní příjemci. Lekce 1: Úvod 16

17 Typy sítí podle přepojování Přepojování okruhů (Circuit Switching) Přepojování paketů (Packet Switching) Lekce 1: Úvod 17

18 Přepojování okruhů (Circuit Switching) týká se přidělování (dostupné, disponibilní) přenosové kapacity sítě z celkové dostupné přenosové kapacity se vyřízne tolik, o kolik si komunikující strany řeknou komunikující strany mají mezi sebou přímé spojení hodí se hlavně pro telekomunikační sítě lze realizovat proudový i blokový přenos dat Lekce 1: Úvod 18

19 Přepojování paketů (Packet Switching) dostupná (disponibilní) přenosová kapacita se ponechá vcelku (nikomu se z ní nic nevyhrazuje) k jednotlivým přenosům se využívá vždy celá dostupná přenosová kapacita přenášená data musí být opatřena identifikací odesilatele a příjemce nelze přenášet jednotlivé byty, smysl má pouze blokový přenos standardně jde o přenos charakteru "best effort Lekce 1: Úvod 19

20 Spojované přepojování paketů (virtuální okruhy) tato varianta se označuje jako virtuální okruhy, protože emuluje přepojování okruhů ale nevyhrazuje se žádná přenosová kapacita naváže se spojení tomu se přiřadí vhodný identifikátor jednotlivé pakety pak mají ve své hlavičce tento identifikátor všechny pakety jsou přenášeny po stejné cestě Lekce 1: Úvod 20

21 Nespojované přepojování paketů (datagramová služba) tato varianta se označuje jako datagramová služba, protože napodobuje přenos poštovních zásilek (datagramů) nenavazuje se spojení každý blok dat (paket) v sobě nese plnou adresu svého cíle (příjemce) různé pakety mohou být přenášeny různou cestou není zaručeno pořadí doručování Lekce 1: Úvod 21

22 Členění sítí podle spojovacích prostředků Lekce 1: Úvod 22

23 Prvky sítě Softwarové Síťové operační systémy (např. Novell) Síťové aplikace Hardwarové Pasívní (pouze přenášejí signál) Aktivní (aktivně působí na přenášený signál zesilují, modifikují apod.) Lekce 1: Úvod 23

24 Kabely v počítačových sítích přímá dvoulinka nebo vícežilový páskový kabel (jen pro krátké vzdálenosti do několika m) kroucená dvoulinka nestíněná stíněná koaxiální kabel tlustý tenký optický kabel Lekce 1: Úvod 24

25 Vícežilový plochý kabel (Ribbon Cable) Lekce 1: Úvod 25

26 Kroucená dvoulinka (twisted pair) Je tvořena páry vodičů, které jsou po své délce pravidelným způsobem zkrouceny a následně jsou do sebe zakrouceny i samy výsledné páry. K připojení k síťové kartě se používá konektor RJ-45 UTP = Unshield Twisted Pair = nestíněná kroucená dvoulinka (má pouze vnější izolaci bez stínění) STP = Shielded Twisted Pair = stíněná kroucená dvoulinka (individuelní a celkové stínění, odolnější vůči rušivým vlivům vnějších elektromagnetických polí) Lekce 1: Úvod 26

27 Kategorie kroucených dvoulinek Lekce 1: Úvod 27

28 Koaxiální kabel tlustý koaxiál (žlutý): 0,4 palců (cca 10 mm), impedance 50 Ω, použití pro Ethernet 10Base5 (500 m) tenký koaxiál: 0,25 palců, Ethernet 10Base2 (200 m) Lekce 1: Úvod 28

29 Tlustý koaxiál odbočky se vytvářejí pomocí transcieveru montování pomocí tzv. vampířích spojů na předem označená místa Tenký koaxiál Jednotlivé segmenty propojeny pomocí BNC konektorů a BNC-T konektorů Na konci musí být terminátor Lekce 1: Úvod 29

30 Propojovací prvky koaxiálu Lekce 1: Úvod 30

31 Klady a zápory koaxiálu Velká šířka pásma (okolo 500MHz) Dobrá odolnost proti elektromagnetickému rušení Dlouhá životnost Horší odolnost proti magnetickému rušení Poměrně vysoký útlum při vysokých frekvencích Časté poruchy vznikající špatným nakonektorováním koncovek Lekce 1: Úvod 31

32 Charakteristiky přenosových médií Náhradní schéma vedení: Lekce 1: Úvod 32

33 Měrný útlum Poměr výstupního výkonu (P 2 ) a vstupního výkonu (P 1 ) A P = P 2 P 1 Obvykle se udává v db (decibel) na 1 metr délky = logaritmická jednotka: Příklady: a P = 10. log P 2 P 1 / Δx [db/m] Útlum o 10 db znamená snížení výkonu 10x Útlum o 20 db znamená snížení výkonu 100x Útlum o cca 3 db znamená snížení výkonu 2x Lekce 1: Úvod 33

34 Výhoda decibelů Útlum a zesílení na různých částech sítě lze sčítat: Příklad: Přenosový kanál se skládá ze 2 segmentů propojených opakovačem: První segment: Opakovač: Druhý segment: útlum -16 db zesílení 20 db útlum -10 db Na vstupu je střední výkonový úroveň 400 mw, kolik bude činit hodnota této veličiny na výstupu? Celkový útlum: -16 db+ 20 db - 10 db = - 6 db P 2 = a P = 10. log P 2 6 = 10. log P 1 [db] P [db] 0,6 = log P 2 [db] ,6 P 2 = 400 [db] ,6 = 3,98 = 100,475 mw Lekce 1: Úvod 34

35 Měrný útlum Útlum lze počítat rovněž z poměru výstupního napětí (U 2 ) a vstupního napětí (U 1 ) nebo proudu (I 2 resp. I 1 ) Platí: U = Z. I I = U / Z (Z = impedance) P = U. I = U 2 / Z = Z. I 2 Odtud: a P = 10. log P 2 P 1 / Δx = 10. log U2 2 Z U1 2 Z 2. Z / Δx = 20. log U 2 U 1 / Δx a P = 10. log P 2 / Δx = 10. log I 2 / Δx = 20. log I 2 / Δx P 1 I 2 1. Z I 1 Lekce 1: Úvod 35

36 Další charakteristiky přenosového média Zkreslení deformace jednotlivých harmonických sloţek signálu oproti vstupnímu signálu. Šum je reprezentován vnitřně generovanými parazitními signály (podle druhu rušení existuje mnoho druhů bílý/barevný šum, tepelný šum, impulsní šum). Přeslechy interference vznikající mezi jednotlivými vodiči v kabelu. Šířka pásma prostor mezi nejnižší a nejvyšší frekvencí, které je schopno médium přenášet (v Hz). Může být výrazně vyšší, než skutečně využívaná šířka pásma (přenosové pásmo) během přenosu. Lekce 1: Úvod 36

37 Vliv šířky pásma na zkreslení signálu Lekce 1: Úvod 37

38 Poměr signál/šum SNR = Signal-To-Noise Ratio [db] SNR = 10. log 10 S N [db] S = střední výkon přijatého signálu (Signal) [W] N = střední výkonová úroveň šumu (Noise) [W] Na SNR závisí teoretická maximální informační (datová) rychlost přenosového kanálu podle Shannon-Harteyova zákonu: C = W. log S N bps C = informační datová rychlost přenosu [bps] W = šířka pásma vedení (kanálu) [Hz] S,N = viz výše Lekce 1: Úvod 38

39 Poměr signál/šum Příklad: Určete maximální teoretickou šíři pásma PSTN 3000 Hz a typický poměr signál šum (SNR) 20 db S SNR = 10. log 10 N [db] S 20 = 10. log 10 N S 2 = log 10 N S N = 102 = 100 C = W. log S N = log = ,658 = bps Lekce 1: Úvod 39

40 Optický kabel Skládá se min. ze dvou optických vláken (min. pro každý směr jedno), většinou ale více vláken. Lekce 1: Úvod 40

41 Přenos dat optickým kabelem Využívá se principu lomu světla (odlišný index lomu jádra a pláště) Převod elektrického signálu na světelný konvertor: Lekce 1: Úvod 41

42 Optický kabel Jednovidový vede pouze jeden paprsek (vid) velmi malý průměr jádra (do 10 μm) nebo velmi velký poměr indexů lomu jádra a pláště Vícevidový vede několik paprsků současně průměr jádra přes 10 μm SI (Step Index) skokový index lomu GI (Gradient Index) index lomu se postupně od středu k okraji snižuje Lekce 1: Úvod 42

43 Výhody a nevýhody optického kabelu Výhody přenos dat na velké vzdálenosti (km) vysoká rychlost přenosu dat Gb/s, Tb/s odolnost proti všem elektromagnetickým rušením vysoká bezpečnost přenášených dat (optický signál se nedá odposlouchávat) nehrozí riziko zkratu Nevýhody velká cena optické kabeláže složité a drahé spojování optických kabelů Lekce 1: Úvod 43

44 Aktivní prvky sítě Síťová karta (PCI) Opakovač (Repeater) Převodník (Convertor) Rozbočovač (HUB) Přepínač (Switch) Směrovač (Router) Přístupový bod (AP) Lekce 1: Úvod 44

45 Síťová karta (NIC Network Interface Card) Lekce 1: Úvod 45

46 Opakovač (Repeater) Jeho úkolem je přijímat zkreslený, zarušený nebo jinak poškozený signál a opravený, zesílený a správně časovaný jej vyslat dále. Umožňuje tedy zvýšit dosah přenosového kanálu (např. propojení metalickým nebo optickým kabelem, bezdrátově) bez ztráty kvality a obsahu signálu. Lekce 1: Úvod 46

47 Převodník (konvertor) Provádí zesílení signálu a převádí jej z jednoho typu kabelu (např. optický kabel) na druhý(např. metalické vedení). Lekce 1: Úvod 47

48 Rozbočovač (HUB) Nezbytný prvek pro vytvoření hvězdicové topologie (struktury) sítě. Jeho základní funkcí je rozbočování signálu, neboli větvení sítě. Propojení mezi rozbočovačem a počítačem (resp. tiskárnou, IP telefonem, atd.) se provede kabelem UTP, který je zakončen konektorem RJ-45. Propojovacímu kabelu se říká patch kabel. Rozbočovač funguje na principu opakovače, což znamená že veškerá data přicházející od jednoho koncového uzlu (jedné z přípojek) okamžitě rozesílá (opakuje) všem ostatním zařízením (posílá je současně do všech ostatních přípojek). Díky tomu pak všechna zařízení v síti přijímají všechno i přesto, že jim data nejsou určena. Nemá tedy schopnost filtrovat data. U větších sítí může docházet ke zbytečnému přetěžování těch zařízení, kterým data ve skutečnosti nejsou určena. V současnosti je již plně nahrazen přepínačem (switch). Lekce 1: Úvod 48

49 Přepínač (Switch) Switch je velmi podobný rozbočovači (HUBu) s tím zásadním rozdílem, že se chová jako inteligentní prvek sítě. Analyzuje pakety a posílá je do té větve sítě, kde se nachází cílová adresa (filtrace paketů). Tím dochází k daleko menšímu zatížení daného segmentu sítě než v případě použití rozbočovačů. Switch má zároveň funkci tzv. mostu (bridge). Dokáže fyzicky propojit několik částí (segmentů) lokální (místní) sítě a řídit komunikaci mezi nimi. Lekce 1: Úvod 49

50 Směrovač (Router) Směrovač je zařízení, které provádí směrování paketu v rozlehlé síti (např. při připojení k internetu). Jeho úkolem je tedy propojit počítače lokální sítě s počítači, které se nacházejí v jiných sítích. Každý počítač musí mít přidělenou IP adresu. Na rozdíl od mostu (switche), který dokáže paket směrovat pouze v rámci lokální (místní) sítě, obsahuje směrovač tzv. směrovací (routovací) tabulku, ve které jsou zaznamenány informace o dalších směrovačích, které patří jiným sítím. Lekce 1: Úvod 50

51 Přístupový bod (AP Access Point) Přístupový bod komunikuje s bezdrátovými zařízeními ve svém dosahu a stará se o směrování (routování) paketů mezi bezdrátovými zařízeními a zpravidla také mezi pevnou kabelovou sítí. Přístup k AP může být zabezpečen pomocí přístupového klíče, filtrací MAC adres síťových zařízení snažících se o připojení, snížením výstupního výkonu AP, atd. Lekce 1: Úvod 51

52 Síťové operační systémy Síťové operační systémy jsou potřeba k zajištění provozu sítě a k možnosti ji využít. Poskytují možnosti pro nasazení a provoz podnikových systémů. Tyto OS jsou také za potřebí k provozu internetových serveru. Jako je apache, databáze, ntp,cache serverů,bran, firewallu, souborových serverů a dalších možností. Nejčastěji používané síťové OS: MS Windows Server Linux Novell Netware Další síťové OS: BSD (FreeBSD, NetBSD, OpenBSD, ) MAC OS (Max OS X pro pocítace Apple) Palm OS Symbian OS/2 Solaris BeOS OpenVMS Lekce 1: Úvod 52