STANDARDY POČÍTAČOVÝCH SÍTÍ Standard = norma; předpis; požadavek na vlastnosti, chování a parametry, které platí pro všechny stejně. Počítačová síť musí zajistit bezproblémovou komunikaci mezi připojenými síťovými uzly (aktivní prvky, koncové stanice). V rámci normalizačního institutu IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) proto vznikají různé pracovní skupiny, které vytvářejí jednotné předpisy (normy, standardy) popisující vlastnosti, parametry a chování jednotlivých síťových prvků na 1. až 3. vrstvě síťového modelu ISO/OSI (vrstva fyzická, linková, síťová). Síťový standard popisuje především: přístupové metody ke komunikačnímu kanálu, topologie sítě, typy a parametry pasivních prvků sítě (kabely, konektory, popř. ukončovací prvky), typy a parametry aktivních prvků sítě, rychlost přenosu dat, skladbu datového paketu, parametry a druh použitých signálů, kódování, atd. Pro LAN a MAN vznikají jednotlivé síťové standardy pod značením IEEE 802, mezi nejznámější patří: IEEE 802.3 (Ethernet) IEEE 802.5 (Token Ring) IEEE 802.11 (Wireless LAN, WiFi) IEEE 802.15 (Wireless PAN, např. Bluetooth) IEEE 802.16 (Wireless MAN, WiMAX a WiMAX 2) atd. Síťový standard ETHERNET Nejrozšířenější standard pro lokální počítačové sítě (LAN). Popisuje fyzickou a linkovou vrstvu síťového modelu ISO/OSI. Jednotlivé stanice v síti jsou identifikovány fyzickou (MAC) adresou síťového adaptéru. Přenos dat probíhá v základním pásmu (Baseband) a používá se kódování Manchester. Experimentální varianta byla vytvořena již v 70. letech 20. století firmami DEC, Intel a Xerox. Název vychází ze slova éter, což je z fyzikálního hlediska látka, umožňující šíření elektromagnetického záření. V roce 1983 byla upravená verze normalizována institutem IEEE jako IEEE 802.3. Tento standard se neustále vyvíjí a upravuje, především s ohledem na: co nevyšší přenosovou rychlost (resp. datovou propustnost), snadné připojení/odpojení stanic bez narušení provozu celé sítě, větší počet připojených stanic, vyšší odolnost sítě proti poruchám jednotlivých stanic/spojů,
Existuje několik specifikací standardu Ethernet, které jsou obecně označeny: XBase-Y X teoretická přenosová rychlost v Mb/s (resp. Gb/s) Y druh přenosového média (původně maximální délku kabelového segmentu ve stovkách metrů) Slovo "Base" označuje, že přenos informací je prováděn v tzv. základním pásmu (Base band), komunikačním kanálem se přenáší přímo datový digitální signál (kódování Manchester). 1. Ethernet (10 Mb/s) 1.1 Specifikace 10Base5 (tzv. tlustý Ethernet) Historicky nejstarší verze Ethernetu. Označení tlustý si získal díky poměrně velké tloušťce použitého kabelu (koaxiální kabel o průměru přibližně 10 mm). Vnější izolace měla obvykle žlutou barvu. Vysvětlivky k označení specifikace: číslo 10 vyjadřuje teoretickou přenosovou rychlost v Mb/s, tedy 10 Mbit/s, číslo "5" vyjadřuje maximální délku jednoho souvislého kabelového segmentu, udávanou ve stovkách metrů (tedy 500 m). Po této vzdálenosti se musí připojit repeater. 1.2 Specifikace 10Base2 (tzv. tenký Ethernet) Ethernet specifikující jako přenosové médium tenký koaxiální kabel s konektorem BNC. Maximální délka kabelu bez repeateru je 185 m. Využívá se sběrnicové topologie, ke koaxiálnímu kabelu jsou přímo připojeny všechny stanice (počítače se síťovým rozhraním) pomocí BNC T-odbočovacího konektoru. Koaxiální kabel má vlnovou impedanci 50 Ω, nesmí mít žádné odbočky a je na koncích sběrnice ukončen impedancí 50 Ω (tzv. terminátor). Pravidla pro vysílání jednotlivých stanic u obou specifikací se řídí přístupovou metodu CSMA/CD. 1.3 Specifikace 10Base-T T = Twisted Pair, tedy kroucená dvojlinka Ethernet specifikující jako přenosové médium kroucenou dvoulinku (TP kabel) s přenosovou rychlostí 10 Mb/s. K přenosu dat se využily dva páry vodičů ze čtyř (jeden pár pro vysílání, a druhý pro příjem). K propojení stanic sloužil HUB (víceportový repeater). Ten sice vytvořil fyzicky hvězdicovou topologii, ale z hlediska přenosu dat (logická topologie), se stále jednalo o sběrnicovou topologii s přístupovou metodou ke komunikačnímu kanálu CSMA/CD.
1.4 Specifikace 10Base-F F = optical fibre, tedy optické vlákno Specifikace s optickými vlákny o rychlosti 10 Mb/s. Používala se pro spojení na větší vzdálenost nebo pro spojení mezi objekty, kde nelze použít kroucená dvoulinka. Tvořila obvykle tzv. páteřní síť, která propojovala jednotlivé menší celky sítě. Dnes se již tyto specifikace Ethernetu (10Base) v běžné praxi nepoužívají. 2. Fast Ethernet (100 Mb/s) Teoretická přenosová rychlost je 100 Mb/s. Od této verze standardu Ethernet se již nepoužívá jako přenosové médium pro elektrické signály koaxiální kabel, pouze kroucená dvojlinka (Twisted Pair cable). Existuje také varianta přenosu světelných signálů pomocí optických vláken. Z důvodu zpětné kompatibility převzal z předchozí varianty standardu Ethernet (10Base) formát datového rámce a algoritmus pro řízení přístupu ke sdílenému komunikačnímu kanálu CSMA/CD. Pro tvorbu LAN se používá výhradně fyzická hvězdicová topologie využívající SWITCH jako centrální řídicí prvek sítě. 2.1 Specifikace 100Base-Tx Je definována pro kroucenou dvojlinku ve variantách UTP nebo STP kategorie 5 (celkem 4 kroucené páry vodičů), kde jsou využity 2 páry vodičů (1 pár pro vysílání informací + 1 pár pro příjem informací). 2.2 Specifikace 100Base-Fx Je definována pro optické přenosy informací, Využívá se 2 optických vláken, každé vlákno umožňuje přenos informací pouze jedním směrem (simplexní přenos). 3. Gigabit Ethernet (1 Gb/s) Teoretická přenosová rychlost je 1000 Mb/s (1 Gb/s). Z původních specifikací se zachovalo maximum parametrů, včetně skladby datového rámce a teoreticky také algoritmus CSMA/CD. V praxi je však pro vytvoření LAN využit SWITCH místo HUBu (hvězdicová topologie), což znamená duplexní přenos dat v rámci LAN. Původně byl definován pouze pro optická vlákna, ať už single-mode (označení 1000Base-LX) nebo multi-mode (1000Base-SX).
S vývojem vyšších kategorií kroucené dvojlinky (cat. 5e, 6, 7) byla vytvořena specifikace normy také pro tento kabel (1000Base-T a 1000Base-Tx). Maximální délka kabelu bez zesílení a úpravy signálu je 100 metrů. Rozdíl mezi specifikacemi 1000Base-T a 1000Base-Tx: Celkem 4 kroucené páry vodičů. 1000Base-T využívá všechny 4 kroucené páry vodičů. Funguje tak, že na každý pár vodičů připadá celková přenosová rychlost 250Mb/s (tedy 4 250 Mb/s = 1Gb/s). Signál se však nepřenáší oběma směry zároveň, jednotlivé strany se ve vysílání a příjmu signálu střídají (poloviční, tedy half duplex). Postačí TP kabel minimálně cat. 5e. 1000Base-Tx je plně duplexní (full duplex). Umožňuje tedy přenos dat oběma směry ve stejné chvíli. Pro přenos signálu jedním směrem jsou použity dva páry vodičů (tedy. 2 500 Mb/s = 1 Gb/s) a zbylé dva páry vodičů jsou použity pro přenos signálu opačným směrem. Podmínkou je však použití TP kabelu minimálně cat. 6 (šířka pásma 250 MHz). 1000Base-Tx 1000Base-T 4. 10 Gigabit Ethernet (10 Gb/s) Teoretická přenosová rychlost je 10 Gb/s. Algoritmus CSMA/CD byl definitivně opuštěn, přenos dat je řešen plně duplexně (full duplex). Pro přenos informaci na větší vzdálenosti se využívají optická vlákna: 10GBase-LR specifikace pro přenos světelného signálu single-mode vlákny, 10GBase-SR specifikace pro přenos světelného signálu multi-mode vlákny. Existuje také specifikace 10GBase-T popisující přenos informací elektrickými signály pomocí kabeláže kroucené dvojlinky: teoreticky UTP cat. 6 (maximálně do vzdálenosti 55 metrů), běžně se používají STP a S/FTP cat. 6A, cat. 7, cat. 7A (max. do vzdálenosti 100 metrů).
5. 25 Gigabit a 40 Gigabit Ethernet (25 Gb/s, 40 Gb/s) U těchto standardů Ethernet se již pro přenos dat na větší vzdálenosti používají výhradně optická vlákna: single-mode vlákna: přenosová vzdálenost řádově kilometry, multi-mode vlákna: přenosová vzdálenost řádově desítky metrů. Existuje také specifikace 25GBase-T a 40GBase-T, jež počítají také s přenosem elektrického signálu prostřednictvím stíněné kroucené dvojlinky. TP kabel kategorie 8 je definován jako stíněný kabel se samostatně stíněnými 4 páry kroucených vodičů. Maximální šířka pásma je 2000 MHz. Využívá se převážně v datových centrech, neboť jeho maximální délka je omezena na 30 metrů. 6. 100 Gigabit Ethernet (100 Gb/s) Tento standard Ethernet již definuje pouze přenosy informací prostřednictvím optických vláken. Datový rámec standardu ETHERNET Rámec (angl. Frame) = jsou v něm takzvaně zarámované veškeré přenášené informace: data + adresy + další informace nutné ke zpracování rámce. Skladba ethernetového rámce: PREAMBULE Slouží k tomu, aby informovala cílový počítač, že se začíná posílat Ethernetový rámec: zdroj: Itnetwork.cz 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101011 Preambule je dlouhá 64 bitů (resp. 8 bajtů), prvních 62 bitů se střídá log. 1 a log. 0. Poslední dva bity (11) jsou signálem pro cílový síťový adaptér, že hned za nimi následuje ethernetový rámec. Cílová a zdrojová MAC adresa Cílová MAC identifikuje síťové rozhraní stanice, které je rámec určen, zdrojová MAC adresa identifikuje odesílatele dat v LAN. Obě pole jsou stejně dlouhá jako MAC adresa = 48 bitů (6 bajtů). Typ / Délka Dalších 16 bitů (2 bajty) je použito buď pro označení typu datového balíčku (paketu) v poli "Data", popřípadě, je-li hodnota v tomto poli nižší než 1500, specifikuje délku pole "Data". Oba způsoby jsou dnes využívány. Pozn.: ARP = Address Resolution Protocol (protokol síťové vrstvy TCP/IP, který slouží k převodu síťové adresy (IP) hledané stanice na fyzickou adresu jeho síťového rozhraní (MAC).
Data Pole přenášených dat má délku od 46 bajtů do 1500 bajtů. Kontrolní součet (FCS = Frame Check Sequence) Umožňuje odhalit poškození rámce. Algoritmus pro výpočet FCS je schopen pro každý ethernetový rámec vygenerovat unikátní 32 bitové číslo. Odesílající síťový adaptér sestaví rámec, spočítá se kontrolní součet, a připojí se na konec rámce. Jakmile rámec dorazí na cílovému síťovému adaptéru, ten znovu spočítá kontrolní součet a porovná svůj FCS s tím, který dorazil. Pokud jsou si FCS rovny, rámec je přijat. Pokud ne, rámec je zahozen a cílová stanice znovu žádá o odeslání rámce. Aby síťový adaptér přijímací stanice mohl snadno odlišit jednotlivé ethernetové rámce, vloží se mezi ně mezery. U Ethernetu je to mezera, která odpovídá délce 96 bitů. Například u standardu Fast Ethernet (100 Mb/s) se 1 bit odešle za sto-miliontinu sekundy, což je 10 ns (nanosekund). Mezera tedy trvá 960 ns. Princip komunikace v síti LAN: zdroj: Itnetwork.cz