U Č E B N Í T E X T P R O D I S T A N Č N Í F O R M U V Z D Ě L Á V Á N Í. M g r. M A R C E L A K O U T N Á R N D r. T O M Á Š S O C H O R, C S c.

OBCHODNÍ AKADEMIE, Orlová, příspěvková organizace ÚVOD DO POČÍTAČOVÝCH SÍTÍ U Č E B N Í T E X T P R O D I S T A N Č N Í F O R M U V Z D Ě L Á V Á N Í M g r. M A R C E L A K O U T N Á R N D r. T O M Á Š S O C H O R, C S c. O R L O V Á 2 0 0 6

Cíl předmětu Cílem předmětu je seznámit studenty se základy teorie počítačových sítí a dát jim potřebnou motivaci pro pochopení důležitosti teorie pro praxi. Studenti se seznámí se základními pojmy, principy a vybavením, které jsou nutné pro funkčnost počítačové sítě. Studijní opora je rozdělena do 6 kapitol, ve kterých jsou studentům přiblíženy základní pojmy počítačových sítí, topologie sítí, používaná kabeláž, aktivní prvky, standardy a vrstvové modely pro komunikaci v síti. Kapitoly obsahují příklady, úkoly k procvičení, kontrolní otázky (jejich řešení je uvedeno v závěru opory) a korespondenční úkoly. Po prostudování textu budete znát: Základní pojmy z oblasti počítačových sítí. Typy počítačových sítí podle různých kritérií, jejich výhody. Používané technické vybavení. Standardy pro komunikaci po síti. Vrstvové síťové modely ISO/OSI a TCP/IP a používané protokoly. Čas potřebný k prostudování učiva předmětu: Celý text lze zvládnout přibližně za 20 hodin intenzivního studia. Je však vhodnější studium rozdělit do delšího časového období s přestávkami, aby náročnější části byly lépe promyšleny. Součástí studia je také podpora tutora, se kterým lze konzultovat obtížnější pasáže textu. Přejeme Vám hodně elánu při studiu základních pojmů počítačových sítí. Autoři

Obsah předmětu 1 Základní pojmy počítačových sítí... 5 1.1 Typy koncových uzlů v síti... 6 1.2 Typy sítí... 6 1.3 Výhody počítačových sítí... 7 2 Topologie sítí... 9 2.1 Sběrnicová topologie... 10 2.2 Hvězdicová topologie... 10 2.3 Kruhová topologie... 12 2.4 Stromová topologie... 13 3 Kabely a síťové karty... 15 3.1 Důležité parametry kabelů... 15 3.2 Koaxiální kabel... 16 3.3 Kroucená dvojlinka (Twisted Pair ozn. TP)... 16 3.4 Optický kabel... 17 3.5 Strukturovaná kabeláž... 19 3.6 Síťové karty (adaptéry)... 21 4 Standardy síťového hardware... 24 4.1 Ethernet... 25 4.2 Přístupová metoda CSMA/CD... 25 4.3 Standardy Ethernetu... 26 4.4 Fast Ethernet... 28 4.5 Gigabitový Ethernet... 29 4.6 Token Ring... 31 4.6.1 Princip metody token passing... 31 4.7 FDDI... 32 5 Vrstvové síťové modely... 35 5.1 Charakteristika vrstev modelu ISO/OSI... 38 5.2 Charakteristika vrstev modelu TCP/IP... 43 5.3 Nejdůležitější protokoly modelu TCP/IP IP, TCP, UDP... 45 5.4 IP adresa, maska podsítě... 49 6 Aktivní prvky... 56 6.1 Repeater (opakovač), hub (rozbočovač)... 56 6.2 Switch (přepínač), Bridge (most)... 58 6.3 Router (směrovač)... 60 6.4 Gateway (brána)... 61 Řešení kontrolních otázek... 64 Přehled používaných symbolů... 65 LITERATURA... 66

5 Základní pojmy počítačových sítí 1 Základní pojmy počítačových sítí V této kapitole se seznámíte s: pojmy týkajícími se počítačových sítí výhodami zapojení počítačů do sítě Budete schopni: rozlišit typy počítačových sítí zdůvodnit využití počítačové sítě v dnešním životě Klíčová slova pojmy k zapamatování - počítačová síť - sítě typu LAN, MAN, WAN - základní prvky sítě - sdílení v síti Každý z nás se jistě s pojmem počítačová síť někdy setkal, ať už prakticky, nebo alespoň prostřednictvím různých služeb. Počítače nás dnes obklopují ze všech stran, jsou využívány v nejrůznějších oblastech života. Základem života člověka ve společnosti je komunikace s ostatními lidmi. Při vývoji počítačové techniky proto také vznikla potřeba komunikovat, a proto byly propojeny počítače jednotlivých uživatelů nejprve do malé počítačové sítě, později se síť rozšířila po celém světě. Počítačová síť je systém, který vznikne vzájemným propojením počítačů s cílem komunikovat a společně využívat prostředky připojené k jednotlivým počítačům. Počítačová síť Základními důvody pro vytvoření prvních počítačových sítí byla potřeba společného přístupu k datům, přenos dat mezi počítači (zejména za účelem připojení uživatele k jinému počítači pro provádění výpočtů a jiných operací na dálku, obvykle formou tzv. vzdálené terminálové relace)a v neposlední řadě tisk na tiskárně připojené k jinému počítači. Úkol k zamyšlení: Zamyslete se nad tím, v jakých konkrétních oblastech lze takto počítačovou síť využívat. Každá počítačová síť se skládá z jednotlivých stanic (počítačů), síťového hardwaru (síťové karty, kabely, konektory, aktivní prvky atd.) a síťového softwaru (programů pro práci v síti). Kromě tohoto vybavení je důležitý správce sítě, tj. člověk, který udržuje přehled o zapojení počítačové sítě, jejím vybavení, uživatelích a jejich právech. Správce sítě

6 Základní pojmy počítačových sítí Za součást počítačové sítě se považují i organizační opatření pro fungování sítě, např. pravidla pro přidělování oprávnění pro práci v síti uživatelům podle jejich pracovního zařazení. 1.1 Typy koncových uzlů v síti V počítačové síti se obvykle vyskytují následující 2 typů koncových uzlů: Servery poskytují ostatním stanicím určité služby (souborové, aplikační, tiskové, poštovní, databázové, terminálové) současně plní funkci řídící stanice v síti v síti může být jeden nebo více serverů (v malých sítích nemusí být žádný viz síť peer-to-peer níže) Pracovní stanice (workstation) počítač, u kterého pracuje uživatel, využívá služeb poskytovaných serverem. Dedikovaný server (vyhrazený server) stanice, která plní pouze funkci serveru, není současně pracovní stanicí. 1.2 Typy sítí Počítačové sítě dělíme zejména podle následujících kritérií: Podle organizace práce a přenosu dat: Klient server neboli síť serverového typu je síť s centralizovanými prostředky, složena z hlavního počítače (serveru) a pracovních stanic, jejichž počet je závislý na výkonnosti serveru (až stovky stanic). Server slouží pro uložení společných dat a správu sítě, stanice se mohou kdykoli připojit a odpojit. Peer to peer síť s distribuovanými prostředky, kde není určen server, všechny počítače jsou si rovny, využívána jako jednoduchá síť pro pracovní skupiny, kolem 10 stanic. Při větším počtu počítačů v síti se především špatně udržuje přehled o prostředcích, které jsou v síti k dispozici, zejména pak o datových souborech a programech. Navíc musí všechny počítače, resp. alespoň ty, jejichž prostředky využívá uživatel na jiném počítači, zůstat zapnuty až do okamžiku, kdy poslední uživatel ukončí práci s příslušným sdíleným prostředkem. Podle územního členění: LAN lokální síť (ve firmách, školách atd.), tedy sítě omezeného rozsahu se stanicemi vzdálenými nejvýše několik km od sebe MAN městské sítě WAN rozsáhlé sítě národní, mezinárodní až celosvětové sítě (např. Internet) Sdílení v síti Dříve, než začneme vyjmenovávat výhody zapojení počítačů do sítě, je nutné objasnit pojem sdílení. Sdílení (programů, dat, tiskárny atd.) je využívání těchto prostředků více uživateli současně. Znamená především úsporu (místa na disku, techniky) a přehlednost práce v síti a mnohdy díky umožnění centralizovaného zálohování dat i zvýšení úrovně zabezpečení dat.

7 Základní pojmy počítačových sítí Příklad: V rámci školní počítačové sítě jsou počítače (stanice) připojeny k serveru, na jehož disku jsou uložena data společná pro všechny učitele a studenty školy (dále tam mohou být i data soukromá, tedy data vytvořená uživatelem, k nimž nemají mít ostatní uživatelé přístup, např. domácí úkoly jednotlivých sutdentů apod.). Každý student a učitel má na serveru vytvořen účet uživatele sítě se svým heslem, pomocí něhož se může na jakékoli stanici přihlásit do sítě. Uživatelům jsou přidělena různá přístupová práva, která upravují jejich možnosti práce v síti, přístup k datům a hardwarovým prostředkům. Jedna ze stanic v síti slouží ke zprostředkování tisku, je k ní připojena tiskárna, která je k dispozici všem přihlášeným uživatelům. Vše tvoří, udržuje v provozu, kontroluje a řídí správce sítě v souladu se stanovenou bezpečnostní politikou školy. Úkol k zamyšlení: Pokuste se charakterizovat rozdíly mezi sítí klient-server a peer-topeer, uveďte příklady využití jednotlivých typů sítě. Jaký je rozdíl mezi sdílením v síti klient-server a peer-to-peer? 1.3 Výhody počítačových sítí Sdílení souborů a aplikací je závislé na nastavení přístupových práv uživatelů k daným souborům. Sdílení diskového prostoru přináší úsporu místa na disku, opět lze omezit pomocí přístupových práv (např. max. množství dat uložených určitým uživatelem). Sdílení technických prostředků (CD ROM, tiskárny, scanner, videokamera ) není nutné, aby u každého počítače byla připojena tiskárna, díky sdílení lze tisknout na jedné společné tiskárně. Snadný přenos dat při přenosu dat po síti nemusíme řešit problémy s vadnou disketou, odpadá omezení dané velikostí výměnného média. Komunikace mezi uživateli e-mail, chat, ICQ a další služby. Přístup k informacím především ke službám v celosvětové síti Internet (www). Možnost řízení provozu na síti správce sítě má k dispozici nástroje pro kontrolu a řízení práce v síti (např. přehled o přihlášených uživatelích). Ochrana dat díky soustředění dat na serveru je možno zabezpečit data proti virům i zneužití zvenčí, samozřejmě je vhodné data v pravidelných intervalech zálohovat. Zálohování je v tomto případě (na rozdíl od situace rozmístění dat uživatelů na jejich PC) možné zajistit centrálně na serveru.

8 Základní pojmy počítačových sítí Kontrolní otázka: Zamyslete se nad tím, které z níže uvedených situací jsou příkladem sítě LAN: i) Tři počítače a tiskárna v jedné kanceláři jsou navzájem propojeny kabelem, aby všichni uživatelé mohli sdílet tiskárnu. j) Dva počítače v Londýně a jeden v Paříži sdílejí stejné dokumenty a program pro elektronickou poštu (e-mail). k) Více než 150 samostatných počítačů v pobočce firmy Microsoft používá textový editor Word. l) Více než 200 počítačů ve velké administrativní budově je navzájem propojeno tak, aby mohly sdílet soubory, tiskárny a další zdroje. Shrnutí kapitoly: Počítačová síť je systém, tvořený soustavou vzájemně propojených počítačů a dalších výpočetních prostředků. Základním principem je komunikace uživatelů a společné využití programových a technických prostředků (sdílení). Počítačové sítě lze klasifikovat podle různých kritérií, přičemž základní rozdělení je na sítě klient-server a peer-topeer, dále pak LAN, MAN,WAN sítě. Možnosti počítačových sítí jsou velmi rozsáhlé, od lokálních sítí v rámci firem až po celosvětovou síť Internet.

9 Topologie sítí 2 Topologie sítí V této kapitole: seznámíte se s pojmem topologie sítě získáte orientaci v různých typech topologií, jejich výhodách a nevýhodách Budete schopni: popsat různé způsoby zapojení počítačů do sítě rozlišit, které topologie jsou více využívány a proč Klíčová slova pojmy k zapamatování - topologie - hub, switch - metoda náhodného přístupu, Token ring Obecně topologie představuje způsob rozmístění a spolupráce počítačů zapojených do sítě, přičemž tento pojem lze popsat ze dvou hledisek: topologie fyzická způsob propojení stanic v síti topologie logická způsob přenosu dat v síti Logická topologie někdy odpovídá fyzické, často se tedy hovoří pouze o topologii sítě ve smyslu topologie fyzické. Rozlišujeme tyto fyzické topologie: 1. Sběrnicová (Bus) 2. Hvězdicová (Star) 3. Kruhová (Ring) 4. Stromová (Tree) Druhy topologií Topologie podstatně určuje výsledné vlastnosti sítě, úzce souvisí s kabeláží sítě. Nejjednodušší a nejlevnější je sběrnicová topologie, ale dnes se již příliš nepoužívá z důvodů poměrně časté poruchovosti sítě. V současné době je nejpoužívanější hvězda a u rozsáhlejších sítí strom. Kruhová topologie je poměrně nákladná a složitá, u nás se příliš neujala.

10 Topologie sítí 2.1 Sběrnicová topologie Na obr. 1 je schematicky znázorněno zapojení do sběrnice, každá stanice je připojena ke společnému kabelu (sběrnici), která tvoří základ sítě. Vedení je na obou koncích zakončeno terminátorem. Obr. 1. Sběrnicová topologie V praxi se místo dlouhého vodiče ve funkci sběrnice používají kratší vodiče propojené pomocí tzv. T-konektorů. K propojení stanic se používá koaxiálního kabel. Terminátor je zakončovací odpor (obvykle s hodnotou 50 Ohmů). Úsek mezi dvěma terminátory se nazývá segment. Výhody: Nízká spotřeba kabelu a nízké náklady na pořízení. Nejsou potřeba žádné aktivační prvky (pokud síť není příliš rozsáhlá). Porucha jedné stanice nemá vliv na provoz ostatních stanic. Snadno se dá připojit další stanice. Nevýhody: Náchylnost koaxiálního kabelu k mechanickému poškození. Nesnadná lokalizace závad. Porucha na sběrnici nebo chybějící či vadný terminátor vyřadí z funkce celou síť. 2.2 Hvězdicová topologie Hub Tento typ topologie využívá k propojení stanic speciální aktivní prvek hub (rozbočovač), jehož úkolem je směrovat data zasílaná z jedné stanice k ostatním stanicím v síti viz obr. 2.

11 Topologie sítí Obr. 2. Hvězdicová topologie Hub nemusí být fyzicky umístěn ve středu hvězdice, často se umísťuje např. v rohu větší místnosti, stanice jsou k němu připojeny každá zvlášť. K propojení stanic hubem se požívá kroucená dvojlinka (twisted pair), nepoužívají se T-konektory ani terminátory. Stanice, která chce vysílat, pošle svou zprávu na hub, který rozvětví signál k ostatním připojených stanicím. Dnes se velmi často místo hubu používá switch, který pošle signál jen příjemci a umožňuje tak souběžnou komunikaci více uzlů mezi sebou. Switch Výhody: Menší náchylnost k poruchám kabeláže. Přerušení kteréhokoliv kabelu nemá vliv na zbytek segmentu. Snadná lokalizace závad. Snadná rekonfigurace sítě. Nevýhody: Větší spotřeba spojovacích kabelů. Potřeba aktivního prvku = vyšší náklady na pořízení. Porucha hubu má obvykle za následek nefunkčnost celé sítě.

12 Topologie sítí 2.3 Kruhová topologie Obr. 3. Kruhová topologie Jednotky MAU Spojovací vedení stanic tvoří uzavřený kruh, fyzicky jsou však jednotlivé stanice připojeny nejdříve k pomocným jednotkám označovaným MAU (Media Acces Units). Jednotlivé stanice se sice připojují jediným kabelem, ale ten je tvořen dvěma spoji, které s pomocí propojení uvnitř jednotek MAU vytváří kruh. Pokud je kruhová topologie realizována takovýmto fyzickým uspořádáním do hvězdy, je mnohem snazší hledat závadu na jediném místě (v jednotce MAU) a odstranit ji jednoduchým odpojením té přípojky, která závadu způsobuje. Navíc je možné vybavit jednotku MAU vlastní inteligencí, která jí umožní, aby sama lokalizovala případné závady, a dokonce i to, aby sama přijala nezbytná nápravná opatření, odpojila vadné uzly, a informovala o tom správce. V kruhu se obvykle data posílají vždy stejným směrem, jde tedy o síť s jednosměrným provozem. Komunikace u této topologie je realizována obvykle metodou Token ring. Sítí koluje speciální paket = token. Vysílat může stanice, která právě token vlastní. Zpráva dorazí k cílové stanici po průchodu sítí. Díky tomu nemůže dojít ke kolizi, ovšem předávání zpráv je pomalejší. Výhody: Jednoduchá koncepce předávání zpráv. Vyšší rychlost. Možnost vícenásobné kontroly neporušenosti zpráv. Zabezpečení maximální doby pro dosažení spojení mezi dvěmi stanicemi. Nevýhody: Poměrně drahé síťové karty. Poměrně složité technické provedení jednotky MAU.

13 Topologie sítí Přerušení vodiče znamená poruchu celé sítě pro zvýšení spolehlivosti je přidáno zdvojené vedení kabelu. Poznámka U nás se sítě založené na této topologii příliš nerozšířily, používá se buďto u technologií IBM nebo u tzv. páteřních vedení podle standardu FDDI. 2.4 Stromová topologie Obr. 4. Stromová topologie Stromová topologie je tvořena kombinací hvězdicové a sběrnicové topologie nebo spojením více hvězd do další hvězdice. Jejím základem je páteřní vedení, ke kterému jsou připojeny další části. Často jsou kombinovány různé topologie, nejen výše zmíněné, každá organizace má své potřeby a představy. Páteřní vedení segment sítě, ke kterému jsou připojeny ostatní segmenty, veškerá komunikace přesahující rámec 1 segmentu se uskutečňuje prostřednictvím páteřního vedení. Bývá realizováno jako sběrnice nebo kruh obvykle je přenosová rychlost páteřního vedení vyšší než rychlost v lokální síti, protože je realizováno optickým kabelem. Páteřní vedení Příklad: V rámci školní počítačové sítě jsou stanice zapojeny formou stromové topologie tak, že v jednotlivých učebnách jsou vytvořeny hvězdy pomocí switchů, které jsou připojeny k hlavnímu serveru sítě. K propojení je použita kroucená dvojlinka s rychlostí přenosu 10-100 Mb/s (Megabitů za sekundu). Úkol k zamyšlení: Charakterizujte rozdíly mezi jednotlivými typy topologií sítí, uveďte u každé alespoň jednu nejvýznamnější výhodu a nevýhodu.

14 Topologie sítí Kontrolní otázky: Pokuste se odpovědět na následující otázky: a) Co je základním pojmem návrhu neboli uspořádání sítě? b) Pokud ve hvězdicové topologii selže jeden počítač, přestane fungovat celá síť? c) Používá kruhová topologie terminátory? d) Pokud ve hvězdicové topologii selže centrální prvek propojující všechny počítače, přestane fungovat celá síť? Shrnutí kapitoly: Topologie představuje způsob propojení počítačů zapojených do sítě, ať už z pohledu kabeláže, tak i přenosu dat v síti. Podle způsobu zapojení rozlišujeme sběrnicovou, hvězdicovou, kruhovou a stromovou topologii. Nejčastěji je využíván kombinovaný způsob zapojení počítačů v síti, kdy jsou použity různé topologie, podle potřeb organizace. Korespondenční úkol č. 1: Vytvořte nákres topologie = schéma zapojení počítačů v lokální počítačové síti, kterou používáte při své práci (pokud při práci síť nepoužíváte, vymyslete si fiktivní síť).

15 Kabely a síťové karty 3 Kabely a síťové karty V této kapitole: získáte orientaci v různých typech kabelů používaných v počítačových sítích seznámíte se se základními parametry síťových karet Budete schopni: rozlišit využití různých typů kabelů pro zapojení různých sítí Klíčová slova pojmy k zapamatování - typy kabelů a příslušných konektorů - Mb/s, Gb/s Pro realizaci počítačové sítě je velmi důležité propojení stanic pomocí kabelů. Při výběru vhodného typu kabelu je třeba sladit jeho vlastnosti s vlastnostmi propojovaných zařízení (stanic, hubu apod.) 3.1 Důležité parametry kabelů Parametry, pomocí kterých jsou charakterizujeme jednotlivé typy kabelů, jsou: Přenosová rychlost jedná se o rychlost přenosu dat, uvádí se v Mb/s (megabitech za sekundu), v menších sítích je to 10-100 Mb/s, v rychlejších až Gb/s (gigabity za sekundu). Útlum je míra zeslabení signálu při jeho průchodu kabelem, uvádí se v db (decibely). Odolnost vůči elektromagnetickému rušení. Impedance zdánlivý odpor, který kabel představuje pro připojené zařízení, impedance kabelu i zařízení mají být shodné, uvádí se v Ω (ohmy). Přeslech vzájemné ovlivnění více vodičů (nebo častěji více párů vodičů) mezi sebou. Měří se obvykle pro každou dvojici vodičů a udává se v db. Přenosová rychlost Druhy kabelů: 1. Koaxiální kabel 2. Kroucená dvojlinka 3. Optický kabel

16 Kabely a síťové karty 3.2 Koaxiální kabel Obr. 5. Koaxiální kabel Koaxiální kabel je nejstarším typem používaným v počítačových sítích, měl velký vliv na rozvoj počítačových sítí (LAN). Jeho základem je měděný vodič obalený plastovou izolací, která je opletena stíněním. Vše je vloženo do vnějšího obalu z plastu. Zpočátku se používal tzv. tlustý koaxiální kabel (průměr 10 mm), který měl velmi dobré elektrické vlastnosti, ale byl málo ohebný a připojení stanic k tomuto kabelu bylo technicky náročné. Proto byl nahrazen tenkým koaxiálním kabelem, jehož elektrické vlastnosti jsou o něco horší, ale realizace sítě je jednodušší. U tenkého koaxiálního kabelu se pro připojení k počítači používá BNC konektor, tenký koaxiální kabel je s počítači připojen T-konektorem, na konci sběrnice pak musí být zakončovací odpor (obvykle 50 Ω) kvůli zabránění odrazům signálu na volném konci. Obr. 6. BNC konektor Obr. 7. T-konektor Existují různé typy koaxiálních kabelů nejrozšířenější jsou ethernetovské s impedancí 50 ohmů. Nejčastěji se používá pro zapojení počítačů do sběrnicové topologie, rychlost přenášených dat je 10 Mb/s. V počítačových sítích jsou tyto kabely již na ústupu, ale používají se dále v jiných oblastech (v rozvodech kabelových televizí jsou jen 75 80 ohmů). 3.3 Kroucená dvojlinka (Twisted Pair ozn. TP) Tento typ kabelu je dnes v lokálních sítích nejrozšířenější. Skládá se z několika dvojic vzájemně zkroucených vodičů, uložených v izolačním obalu. Nejčastěji se používá kabel se čtyřmi páry vodičů, obvykle kategorie 5 (dovoluje Obr. 8. Kroucená dvojlinka přenos dat až rychlostí 100 Mb/s). Dříve se také používal kabel kategorie 3, ovšem zde je rychlost přenosu dat max. 10 Mb/s. Díky vzájemnému zkroucení vodičů ve dvojicích je snížena možnost

17 Kabely a síťové karty ovlivňování jednoho vodiče druhým. Oba vodiče v každém páru jsou rovnocenné, proto hovoříme o symetrickém vodiči. Existují dva základní typy kroucené dvojlinky: Nestíněná - UTP (Unshielded TP) zkroucené páry uloženy do plastické izolace. Stíněná - STP (Shielded TP) kolem párů je kovové opletení, které zvyšuje ochranu proti vnějšímu rušení. Stíněná a nestíněná kroucená dvojlinka V běžných provozech se používá nestíněná dvojlinka, stíněná se používá pouze tam, kde je vyšší úroveň elektromagnetického rušení. Kroucená dvojlinka se používá především pro zapojení stanic do hvězdy přes hub. Pro připojení k počítači je zakončena konektorem s označením RJ-45, dovoluje přenos dat rychlostí až 1000 Mb/s (této přenosové rychlosti se dosahuje současným využitím čtyř párů). Obr. 9. Konektor RJ-45 Výhodou je to, že ji lze použít pro tzv. strukturovanou kabeláž (viz dále v kapitole 3.5). 3.4 Optický kabel Obr. 10. Optický kabel Je tvořen jedním nebo více optickými vlákny, která jsou spolu s vhodnou vystýlkou uložena ve vnějším obalu. Jádro má průměr řadově několik jednotek až desítek mikrometrů a je obvykle vyrobeno z různého druhu skla. Tento typ kabelu je založen na odlišném principu než předchozí. Data nejsou přenášena elektricky v kovových vodičích, ale světelnými impulsy v průsvitných vláknech. Při vedení světelného signálu se využívá jevu zvaného úplný odraz, ke kterému dochází na rozhraní jádra a pláště při vhodné volbě materiálu jádra a pláště. Před přenosem je třeba zajistit převod elektrického signálu na optický, což zajišťují LED diody nebo laserové diody, které generují světelné impulsy podle přiváděného proudu (tzv. generátor). Na druhé

18 Kabely a síťové karty straně vedení je třeba optický signál přenést zpět na elektrický, což zajišťují fotodiody (tzv. detektor). Optická vlákna dělíme na: Mnohovidová (vícevidová, angl. multimode) při průchodu vláknem je světelná energie rozdělena na více paprsků (tzv. vidů), na konec kabelu dojdou jednotlivé vidy s časovým odstupem, což vede ke zkreslení signálu. Tyto kabely jsou levnější, ovšem mají horší optické vlastnosti. Jejich jádro má průměr 50, 62,5 nebo 100 mikrometrů. Mnohovidová optická vlákna mohou mít jen relativně malý dosah, v dnešní praxi typicky dva kilometry. Jednovidová (angl. singlemode) kabelem prochází jeden paprsek bez lomů. Jednovidová optická vlákna mají jádro o velmi malém průměru (typicky 8 až 10 mikronů). Tyto kabely mají lepší optické vlastnosti, vyšší přenosovou kapacitu, přenášejí na větší vzdálenost (dnes v řádu desítek kilometrů), ale jsou dražší. Optické kabely se dají použít ve všech topologiích, nejčastěji v páteřním vedení. Používají se dva typy zakončení optického kabelu - kulatý konektor ST a hranatý konektor SC. Na konci každého kabelu je nutný převodník (transceiver) pro převod elektrických impulsů na světelné paprsky a naopak. Dalším prvkem je konvertor, který dovoluje napojit optický kabel na kroucenou dvojlinku. Obr. 11. Konektor ST Obr. 12. Konektor SC Přenosová rychlost optického kabelu Přenosová rychlost optických kabelů se pohybuje od stovek megabitů až k mnoha gigabitům za sekundu, přičemž další zvyšování dosažitelných přenosových rychlostí díky technologickému pokroku není vyloučeno.. Optické kabely umožňují přenos signálu na velké vzdálenosti (až 10 km při využití jednovidových optických vláken) bez použití aktivních prvků. Výhodou optických kabelů je naprostá odolnost vůči elektromagnetickému rušení, velmi nízké ztráty a vysoká přenosová rychlost. Na druhé straně realizace optické sítě je finančně nákladná i technicky náročná.

19 Kabely a síťové karty 3.5 Strukturovaná kabeláž Postupným budováním stále rozsáhlejších a modernějších sítí se vyvinula ucelená a dobře propracovaná představa o tom, jak by se rozvody počítačových sítí měly budovat. Dnes se prakticky všechny nové síťové rozvody budují podle zásad tzv. strukturované kabeláže. Základním rozdílem při použití koaxiálního kabelu, kroucené dvojlinky nebo optického vlákna je to, že na koaxiálním kabelu je možné dělat odbočky, a je tudíž možné jej využít pro tzv. vícebodové spoje (vzájemně propojující více koncových uzlů pomocí T-konektorů). Naproti tomu na kroucené dvojlince ani na optickém vlákně není možné dělat odbočky, a tato přenosová média jsou tudíž použitelná jen pro dvoubodové spoje (a potřebné rozbočení se musí zajistit elektronickou cestou, ve vhodných rozbočovačích - hubech). Potíž však byla v tom, že při poruše jednoho z počítačů navzájem propojených koaxiálním kabelem přišli o možnost komunikace zároveň všichni, kteří byli připojeni k porouchanému segmentu sítě. Přesná lokalizace závady pak bývala velice náročná. S kroucenou dvojlinkou je tomu poněkud jinak. Když zde dojde k nějaké závadě, možnost komunikace ztrácí zpravidla jen jeden určitý koncový uzel, ale ostatní mohou pracovat dále. Požadavky na strukturovanou kabeláž: Vlastní kabelové rozvody vedené tak, aby nepřekážely. Delší životnost kabelových rozvodů než zařízení, která je budou využívat, protože provedení kabeláže je velmi drahé (dnes dokonce dražší, než cena hardwaru, který se k těmto rozvodům připojuje). Z tohoto důvodu se nově budované síťové rozvody zcela záměrně předimenzovávají, zároveň je snaha zavádět síťové rozvody i do takových místností či částí budovy, kde dnes ještě není žádné připojení požadováno. Kvalitní rozvody tak, aby se minimalizovalo nebezpečí poruch a závad - čehož se dosahuje používáním kvalitních kabelů, konektorů, zástrček a dalších instalačních prvků, i vhodnými instalačními postupy (například vedením kabelů lištami apod.). Univerzálnost strukturované kabeláže - bude možné rozvody využít pro více různých účelů (například telefonní rozvody, rozvody pro zabezpečovací zařízení apod.). Používané materiály již jsou natolik spolehlivé a trvanlivé a metodika budování strukturované kabeláže je dnes již tak dobře propracovaná, že firmy jsou ochotny poskytovat velmi dlouhé záruky - dnes standardně 15 let. Topologie strukturované kabeláže Pro správné pochopení podstaty strukturované kabeláže je dobré si uvědomit, že jde jen o ryze pasivní rozvody. Součástí strukturované kabeláže nejsou ani koncové uzly (uživatelské pracovní stanice), ani nejrůznější servery či aktivní síťové prvky typu rozbočovačů, mostů a směrovačů (k nim se dostaneme později).

20 Kabely a síťové karty Celková topologie systémů strukturované kabeláže je inspirována filosofií Ethernetu (viz kap. 4), ale na druhé straně je natolik univerzální, že může být použita i pro jiné sítě (např. na bázi ATM, FDDI) a jejich kombinace. Důležitým konstrukčním prvkem strukturované kabeláže je rozvodná skříň, do níž se musí vejít všechny spojovací prvky (propojovací kabel, rozbočovače, ústředna atd.) Obr. 13. Topologie strukturované kabeláže Topologie strukturované kabeláže je v zásadě stromovitá (viz obr.13). V nejnižších patrech jsou použity rozvody na bázi kroucené dvojlinky, omezené svým dosahem na 100 metrů. Tyto rozvody sbírají koncové přípojky ve svém dosahu, a slučují je do větších celků (v případě klasického Ethernetu běžným hubem). Z rozvodných míst nejnižší úrovně pak vedou další spoje směrem nahoru (tzv. uplinky, typicky z optických vláken) do propojovacích míst vyšších úrovní - zde může být i několik pater, a v každém z nich se mohou jednotlivé celky nižších úrovní slučovat či navzájem propojovat - ať již prostřednictvím mostů, směrovačů, tzv. switchů apod. (viz kap. 6). Vše je přitom záměrně univerzální, tak aby jednotlivá propojovací místa (realizovaná typizovanými rozvodnými skříněmi) bylo možné osadit podle konkrétních potřeb různými aktivním prvky, a vytvořit tak téměř libovolnou logickou (a do určité míry i fyzickou) topologii počítačové sítě. Úkol k zamyšlení: Charakterizujte rozdíly mezi jednotlivými typy kabeláže. Uveďte typy kabeláže, které jsou nejpoužívanější v dnešních počítačových sítí a popište, k jakému účelu jsou využívány.

21 Kabely a síťové karty 3.6 Síťové karty (adaptéry) Obr. 14. Síťové karty Síťová karta zprostředkovává komunikaci mezi počítačem a kabelem podle pravidel daných síťovým standardem. Převádí data z podoby, které rozumí počítač, tak aby mohla být přenesena po médiu, tzn. překládá paralelní signál na sériový. Teprve po instalaci síťové karty do počítače získáme možnost připojit počítač k síti. Dnes již jsou síťové karty obvykle součástí základní desky počítače. Obr. 15. Popis síťové karty Důležité parametry síťových karet: Typ sběrnice počítače (ISA, EISA, PCI, ) dnes převažuje PCI slot, určený pro rychlé karty 100 Mb/s. Wake-On LAN možnost vzdáleného zapnutí počítače z jiného počítače v síti. Spolu se síťovou kartou je dodáván tzv. ovladač síťové karty, který slouží k její instalaci a nastavení, ale zejména k tomu, aby zajistil pro operační systém funkce linkové vrstvy. Bez ovladače (buď dodaného se

22 Kabely a síťové karty síťovou kartou, nebo s operačním systémem) nebude síťová karta v počítači fungovat. Nastavení (konfigurace) síťové karty proběhne buď automaticky (PnP Plug and Play) nebo je potřeba ji provést ručně. Přenosová technologie používaná v síti nejrozšířenější je Ethernet. Přenosová rychlost např. 10 Mb/s, 100 Mb/s, 1 Gb/s. Typ spojovacích kabelů v sítí LAN nejčastěji kroucená dvojlinka, na kartě mohou být i další konektory pro připojení BNC (koaxiální kabel). Topologie sítě (u některých přenosových technologií jsou různé karty pro topologii sběrnice a hvězdy). MAC adresa K tomu, aby bylo možné uzel v síti jednoznačně identifikovat, je potřeba přidělit mu určité označení. Takovéto označení, tzv. MAC adresa, musí být především jednoznačná v rámci sítě, která umožňuje přímou komunikaci počítačů. V rámci sítí po celém světě, které mohou být navzájem propojeny, by neměla nastat situace, kdy se vyskytnou dva či větší počet počítačů se shodnými adresami. Pokud by se vyskytly počítače se stejnými MAC adresami v různých, navzájem oddělených sítích, problém by nevznikl. Komplikace by nastaly při duplicitě MAC adres v rámci jedné sítě, ovšem vzhledem k tomu, že uživatelé mohou svůj počítač přenést a připojit do jiné sítě, je lepší jednoznačnost adres dodržet v rámci celého světa. Nejjednodušší z hlediska používání a zpracování je použití čísla ve dvojkové soustavě uložené v paměti přímo na desce síťové karty. Adresa převzatá z MAC rámce může být velmi jednoduše porovnána s adresou uloženou v paměti adaptéru, a může tak být rozhodnuto, zda přijatý rámec je určen danému uzlu či nikoli. Jednoznačnosti pak je dosaženo tím, že MAC adresa je uložena již při výrobě pevně do paměti ROM síťového adaptéru, přičemž každému adaptéru je přidělena adresa odlišná od adres všech ostatních vyrobených adaptérů. Přidělování MAC adres Obr. 16. Formát MAC adresy Dnešní komunikační sítě používají MAC adresu o délce 48 b (obr. 16), která je rozdělena na dvě poloviny. První z nich o délce 24 b (3 B) obsahuje mezinárodně přidělený kód výrobce, druhá polovina pak obsahuje identifikační číslo adaptéru přidělované mu již samotným výrobcem. O přidělování kódů výrobcům se jménem ISO stará organizace IEEE. Rozdělení MAC adresy na dvě části zajišťuje jednoznačnost MAC adresy každého adaptéru, délka adresy 48 b pak zaručuje, že adresový prostor je obrovský, neboť počet přidělitelných adres dosahuje zhruba dvou trilionů. Díky způsobu přidělování adres však nejde o nevyčerpatelný zdroj, již nyní existují odhady, kdy dojde k jejich vyčerpání.

23 Kabely a síťové karty Jednotlivé 8 bitové části MAC adresy jsou obvykle uváděny jako dvojice hexadecimálních číslic. Zápis 48 bitové adresy v binárním formátu (pomocí nul a jedniček) je zbytečně dlouhý, a proto se MAC adresy vyjadřují pomocí hexadecimálních číslic. Vždy jedna 4 bitová část je převedena na hexadecimální číslo. Příklad: Stanice ve školní počítačové síti jsou vybaveny síťovými kartami Intel PRO/100 Management adapter, jedna z MAC adres je např. 00-D0-B7-83-EC-5E. K propojení je použita kroucená dvojlinka s rychlostí přenosu 10-100 Mb/s (Megabitů za sekundu). Také switche, pomocí kterých jsou stanice v jednotlivých učebnách propojeny, pracují rychlostí 10-100 Mb/s. Úkol k zamyšlení: Vyjmenujte základní parametry síťových karet a pravidla pro jejich aplikaci v počítačové síti. Jaký význam má MAC adresa? Kontrolní otázky: a) STP používá kovové opletení pro b) Kroucená dvojlinka se připojuje k počítačům pomocí telefonních konektorů označovaných.. c) Na přenosy kabelů z optických vláken nepůsobí.. d) Je pravda, že síťová karta převádí sériová data z počítače na paralelní data pro přenos po síťovém kabelu? e) Musí se posílající a přijímající síťová karta dohodnout na přenosové rychlosti? f) Ovladač síťové karty je nezbytný pro: komunikaci s dalšími síťovými kartami v síti, nebo komunikaci mezi síťovou kartou a síťovým operačním systémem, nebo komunikaci mezi souborovým serverem a ostatními počítači v síti, nebo komunikaci mezi různými typy počítačů v síti. Shrnutí kapitoly: Při realizaci počítačové sítě je možno použít tři typy kabelů V lokálních sítích je nejčastěji používána kroucená dvojlinka, která umožňuje přenášet data rychlostí 10-1000 Mb/s. Pokud je potřeba dosáhnout vyšších rychlostí přenosu a na větší vzdálenosti, používá se optický kabel. Síťové karty zprostředkovávají komunikaci mezi stanicemi na úrovni přenosu dat po kabelech. Každá síťová karta je jednoznačně určena MAC adresou o délce 48 bitů, která je kartě přidělena již při výrobě. Při návrhu sítě je důležité sladit jednotlivé komponenty tj. typ kabeláže, síťových karet a dalších prvků, které upravují přenos dat v síti (viz kap. 4).

24 Standardy síťového hardware 4 Standardy síťového hardware V této kapitole se seznámíte: se základními typy síťových standardů s nejpoužívanějším standardem v sítích LAN Budete schopni: rozlišit jednotlivé standardy charakterizovat nejčastěji používané standardy Klíčová slova pojmy k zapamatování - standard - ISO, IEEE - Ethernet - Token Ring - FDDI Jednotlivé části síťového hardwaru popsané v předchozích kapitolách lze různě kombinovat. Avšak různě sestavené sítě se spolu nemusí domluvit, proto byly přijaty normy neboli standardy, které definují základní požadavky na technické provedení sítě. V průběhu 70. let začala probíhat standardizace v oblasti počítačových sítí, v této oblasti jsou významné dvě mezinárodní organizace ISO a IEEE. ISO (International Organization for Standardization) je mezinárodní organizace se sídlem v Ženevě, má řadu sekcí zabývajících se standardizací v různých oblastech. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) je profesní sdružení zabývající se standardy pro lokální počítačové sítě. Základní vlastnosti sítě Standard síťového hardware definuje tyto základní vlastnosti sítě: 1. Topologie sítě 2. Typ kabelu, jeho délka a konektor 3. Rychlost přenosu dat 4. Přístupová metoda Základní přenosové standardy v síti LAN: IEEE 802.3 Standardy sítě Ethernet IEEE 802.4 Standardy pro sběrnicové sítě s metodou předávání tokenu IEEE 802.5 Standardy pro kruhové sítě s metodou předávání tokenu IEEE 802.11 Standardy pro bezdrátové sítě V této kapitole se zmíníme jen o některých z nich.

25 Standardy síťového hardware 4.1 Ethernet První standard z této skupiny vznikl v roce 1976, jeho označení je IEEE 802.3. V současnosti je Ethernet nejrozšířenější přenosová technologie. Ethernet je založen na přístupové metodě, která má označení CSMA/CD. Její princip je popsán v následující části. Základním pojmem u této metody je kolize situace, kdy v jednom okamžiku vysílají dvě nebo více stanic. Výsledkem je poškození vysílaných dat. V rámci Ethernetu lze použít různé topologie a kabely (viz dále), je však nutné dodržovat topologická pravidla, především délku segmentů a celé sítě pro danou kabeláž. Vzdálenosti závisí na elektrických vlastnostech kabelu, detekci kolizí a rychlosti přenosu dat. Pro maximální rozměr sítě se používá termín kolizní doména oblast, do které musí být kolize šířena. Kolizní domény jsou jednotlivé kabelové segmenty či skupiny kabelových segmentů, propojené prostřednictvím opakovačů. Ty totiž propouští kolize, zatímco aktivní síťové prvky (např. mosty, switche, směrovače) již kolize nepropouští. Kolizní domény tedy končí vždy u nejbližšího mostu, směrovače či switche (viz kap. 6). Kolize, kolizní doména 4.2 Přístupová metoda CSMA/CD Princip metody CSMA/CD lze shrnout těmito body: Stanice, která chce vysílat data, naslouchá zda síť již není využívána jinou stanicí (část CSMA, kde CS - Carrier Sense - znamená možnost příposlechu přenosu, MA - Multiple Access - vyjadřuje celkový charakter přenosového média, které je sdílené a přístup k němu mají všechny uzly současně a je tedy možné i současné vysílání více uzlů). Je-li síť již využívána, čeká stanice po náhodně zvolený interval. Zjistí-li stanice, že je na síti klid, začne vysílat současně se snaží zjistit, jestli nedošlo ke kolizi (část CD - Collision Detection - detekce kolize). Kolize znamená, že začala současně vysílat jiná stanice při kolizi dochází ke střetu signálů a jejich zkreslení. Dojde-li ke kolizi, pak pracovní stanice, která toto zjistí, přestane vysílat a vyšle na síť krátký kolizní signál (jam). Vyslání jam signálu znamená, že i ostatní stanice přestanou vysílat a zopakují pokus o vysílání opět po náhodně zvoleném časovém intervalu. Je-li vysílání přerušeno kolizí 16x za sebou, je pokus o vysílání zprávy ukončen (přerušen) definitivně a uživatel je vyrozuměn chybovým hlášením. Přitom při každém následujícím přerušení vysílání kolizí se náhodná prodleva volí z dvojnásobně delšího intervalu.

26 Standardy síťového hardware Přístupová metoda CSMA/CD pracuje efektivně zejména v případě sítí slaběji zatížených, s nárůstem hustoty přenosu klesá spolehlivost a roste doba potřebná pro přenos dat. Zajímavým důsledkem právě popsaného chování stanic (i celkového charakteru přístupové metody Ethernetu) je skutečnost, že ke kolizím může docházet jen na začátku vysílání jednotlivých Ethernetových rámců. Pokud se totiž každá stanice chová disciplinovaně a dodržuje pravidla přístupové metody Ethernetu, neměla by skočit do řeči" jiné stanici v době, kdy tato vysílá. Může se tak stát pouze na začátku vysílání, díky tomu že jiná stanice otestovala stav přenosového média ještě v době, kdy nikdo nevysílal, a o něco později začala vysílat také. Jakmile toto pevně dané a předem známé nebezpečné období" skončí, má právě vysílající stanice záruku, že už mu do jejího vysílání nikdo nevstoupí, neboli že bude moci dokončit své vysílání bez nebezpečí kolizí. Díky tomu stačí každé stanici monitorovat případné kolize jen po určitou dobu na začátku jejího vysílání. I to přispívá k celkové jednoduchosti a pružnosti Ethernetu. 4.3 Standardy Ethernetu Příklad: Označení 10Base5 je rozděleno na tři části : 10: rychlost přenosu dat 10 Mb/s Base: přenos v základním pásmu (baseband) 5: maximální délka segmentu ve stovkách metrů (500 m) Rozdělení sítí typu Ethernet: Klasický Ethernet (přenosová rychlost 10 Mb/s). 10Base5 - tlustý koaxiál, dosah max.500 m, topologie sběrnice nepoužívá se 10Base2 - tenký koaxiál, max. 185 m, topologie sběrnice 10BaseT - kroucená dvojlinka, max. 100 m, topologie hvězda 10BaseFL - optický kabel, max. 2 km nepoužívá se Fast Ethernet (přenosová rychlost 100 Mb/s). 100BaseTX - kroucená dvojlinka, max. 100 m, topologie hvězda 100BaseFX - optický kabel, max. 2 km 100BaseT4 - kroucená dvojlinka nepoužívá se Gigabitový Ethernet (přenosová rychlost 1Gb/s). 1000BaseSX - mnohovidový optický kabel, max. 500 m 1000BaseLX - jednovidový optický kabel, max. 5 km 1000BaseCX -stíněný metalický kabel, max. 25 m 1000BaseT - kroucená dvojlinka, max. 100 m

27 Standardy síťového hardware Standard 10Base2 tenký Ethernet Používán tenký koaxiální kabel a sběrnicová topologie. Maximální délka kabelového segmentu je teoreticky 200 m, prakticky 185 m, délka celé sítě je max. 910 m. Umožňuje zapojení max. 30 stanic v segmentu. Minimální vzdálenost mezi stanicemi je 50 cm. Je levný, ale náchylný k poruchám, při poruše kabelu havaruje celá síť. Pomocí opakovače lze propojit max. 5 segmentů, z nichž tři musí mít na sebe připojeny stanice. Obr. 17. Návrh sítě podle standardu 10Base2 Standard 10BaseT Navazuje na 10Base2, ale používán pro telefonní kabeláž. Určen pro kroucenou dvojlinku a topologii hvězda, jádrem sítě je hub. Přenosová rychlost je 10 Mb/s. Maximální délka kabelového segmentu 100 m. Je potřeba více kabeláže, ale síť je spolehlivější (porucha jednoho kabelu vyřadí jen jeden počítač). Dnes velmi rozšířený standard. 10BaseT Obr. 18. Návrh sítě podle standardu 10BaseT

28 Standardy síťového hardware 4.4 Fast Ethernet Tento standard je označován 100BaseX a platí pro něj stejná pravidla jako v předchozích případech, tj. pracuje s metodou přenosu dat CSMA/CD. Na rozdíl od předchozích standardů však zde není možné použít koaxiální kabel. Standard 100BaseX je oproti 10Mb/s verzi 10x rychlejší. Používán od roku 1985. Nejčastěji se používá UTP hvězdicová topologie, vzdálenost mezi jednotlivými prvky sítě je max. 100 m. Přenosová rychlost je 100 Mb/s. Přechod ze standardu 10BaseT na 100BaseT spočívá ve výměně síťových karet a aktivních prvků, zatímco kabeláž obvykle může zůstat původní. V rámci tohoto standardu jsou specifikovány další podstandardy pro různé typy přenosových médii (viz dále). Obecně platí: Žádný segment z kroucené dvojlinky nesmí být delší než 100 metrů. Žádný optický segment nesmí být delší než 412 metrů. Standard 100BaseTX Používá nestíněnou kroucenou dvojlinku kategorie 5 s využitím dvou párů vodičů. Délka segmentu max. 100 m. Příklad: V rámci školní počítačové sítě jsou využívány standardy 10BaseT a 100BaseTX. V některých učebnách jsou ještě starší síťové karty, které pracují rychlostí 10 Mb/s, v jiných učebnách již novější s rychlostí 100 Mb/s. Jednotlivé segmenty podle odlišných standardů jsou propojeny pomocí switchů, které jsou schopny komunikovat v obou prostředích. Standard 100BaseFX Určena pro optické kabely. Délka segmentu max. 412 m pro mnohovidové kabely, až 2 km pro jednovidový kabel. Fast Ethernet rozeznává dvě kategorie opakovačů (rozbočovačů, hubů) třídy I a třídy II. Např. při použití jednoho opakovače třídy I a kroucené dvojlinky je maximální velikost kolizní domény 200 m, u optického vlákna je to 272 m viz následující tabulka.

29 Standardy síťového hardware Tabulka maximální velikosti kolizní domény Fast Ethernetu Typ Optické Dvojlinka+optika Dvojlinka+optika Dvojlinka opakovače vlákno (TX+FX) (FX+TX) Žádný (přímé 100 m 412 m Nelze Nelze spojení) 1x třída I 200 m 272 m 231 (při 100 m TX) 260,8 (při 100 m TX) 1x třída II 200 m 320 m Nelze 308,8 m (při 100 m TX) 2x třída II 205 m 228 m Nelze 216,2 m (při 100 m TX) 4.5 Gigabitový Ethernet Gigabitový Ethernet lze chápat jako reakci na neustále rostoucí nároky soudobých aplikací, které mají čím dál tím větší požadavky na přenos. Gigabitový Ethernet není jen dalším desetinásobným nafouknutím něčeho již existujícího - je řešením, které si vytváří dostatek výkonu k tomu, aby mohlo následně vyjít vstříc i specifickým potřebách v oblasti garance kvality služeb. Na druhé straně je gigabitový Ethernet řešením, které opět důsledně staví na kompatibilitě se stávajícími verzemi Ethernetu, a to jak po stránce věcné, tak i po stránce marketingové - magické slůvko Ethernet má stále větší váhu, jak názorně prokázal případ stomegabitového Ethernetu (100BaseT). Gigabitový Ethernet tedy používá stejnou přístupovou metodu CSMA/CD i stejná další pravidla a postupy, které umožní provozovat po gigabitovém Ethernetu všechny dosavadní Ethernetové aplikace. První návrhy tohoto standardu se objevily v roce 1997. K hlavním vlastnostem standardu patří: Přenosová rychlost 1000 Mb/s, tj. 1 Gb/s (gigabit za sekundu). V současné době se tohoto standardu využívá v páteřním vedení. V rámci tohoto standardu jsou opět specifikovány další podstandardy pro různé typy přenosových médii (viz dále). Vlastnosti gigabitového Ethernetu Standard 1000BaseT Pro kroucenou dvojlinku kategorie 5 (UTP i STP), s použitím čtyř párů. Využíván pro horizontální rozvody v budovách do délky max. 100 m. Standard 1000BaseSX Pro levné mnohovidové optické kabely. Využíván pro kratší horizontální nebo páteřní vedení. Průměr vlákna v kabelu je 50 nebo 62,5 mikronu (mikrometru), podle toho se také liší max. vzdálenost přenosu. Pro 50 mikronu je vzdálenost 220 m, pro 62,5 mikronu je to 500 m. Standard 1000BaseLX Pro dražší jednovidové a mnohovidové optické kabely. Využíván pro dlouhá páteřní vedení, propojování mezi budovami. Max. délka přenosu u mnohovidového kabelu 550 m, u jednovidového až 5 km.

30 Standardy síťového hardware Standard 1000BaseCX Pro metalické kabely (stíněná kroucená dvojlinka, koaxiální kabel). Využíván na krátké vzdálenosti, např. mezi servery. Max. délka přenosu je 25 m. Další zvýšení rychlosti - Standard 10GBaseT Pro přenos 10 Gigabitového Ethernetu po metalické kabeláži typu nestíněná kroucená dvojlinka. Maximální vzdálenost 100 m s UTP kategorie 7 s vysokou šířkou přenosového pásma. Poloviční a plný duplex Zde je vhodné zmínit často používaný pojem duplexní spojení, které je charakteristické pro Ethernet: Jako duplexní spojení (duplex) se označuje taková komunikace mezi dvěma uzly, při které mohou data putovat oběma směry. Protikladem je simplexní spojení, při kterém je spojení jednosměrné (je jednoznačně určen vysílač a přijímač, data putují výhradně od vysílače k přijímači). Lze rozlišit dva druhy duplexního spojení: poloviční duplex a plný duplex. U polovičního (half) duplexu mohou obě strany přijímat i vysílat, avšak nikoli současně v každý jednotlivý okamžik probíhá přenos pouze jedním směrem. Příkladem takové komunikace jsou občanské radiostanice (vysílačky); typické pro half-duplexní spojení je používání signalizace přepínám. U plného (full) duplexu může obousměrná komunikace probíhat současně. Příkladem takové komunikace může být běžný telefonický hovor, kdy obě zúčastněné strany mohou hovořit zároveň. Pro plně duplexní segmenty se přitom připravují řešení umožňující dosáhnout výrazně většího dosahu v souvislosti se stomegabitovým a gigabitovým Ethernetem. Je to dáno zkutečností, že na plně duplexním spoji (ten je vždy pouze dvoubodový) nemůže vzniknout kolize. Se zamezením vzniku kolizí totiž odpadne povinnost stíhat tzv. kolizní okno, které je zde ještě desetkrát kratší než u stomegabitového Ethernetu (a odpovídá 0,512 mikrosekundy). Díky tomuto faktu bude možné na plně duplexních segmentech a na jednovidových optických kabelech dosahovat přenosové rychlosti 1 Gbps až na vzdálenosti 10km. Úkol k zamyšlení: Popište základní vlastnosti standardu Ethernet a princip používané přístupové metody. Vyjmenujte jeho podstandardy a popište jejich použití.

31 Standardy síťového hardware 4.6 Token Ring Termín "Token Ring" se dnes běžně používá jako označení dvou různých věcí: jednoho ze standardů lokálních sítí společnosti IEEE (konkrétně IEEE 802.5), a jedné konkrétní síťové technologie, pocházející od firmy IBM. Technologie Token Ring byla vyvinuta firmou IBM v sedmdesátých letech, a tedy ještě před nástupem osobních počítačů (se záměrem propojování střediskových počítačů mezi sebou). Později byly specifikace této sítě předloženy sdružení IEEE, které si pro Token Ring zřídilo samostatnou podskupinu 802.5. Síť Token Ring má kruhovou topologii (Ring znamená prstenec), a její přístupová metoda je založena na principu postupného předávání oprávnění (anglicky: token, česky též: pešek) mezi jednotlivými uzly v kruhu. Přenosová rychlost u původní verze Token Ringu jsou 4 Mb/s, od roku 1989 je k dispozici verze pracující s rychlostí 16 Mb/s. Samotná metoda předávání peška (Token Passing), používaná v Token Ringu, ke svému fungování vyžaduje, aby byly ošetřeny nejrůznější situace (přerušení kruhu, rozšíření kruhu o nově zapojenou stanici, ztráta samotného tokenu). Kvůli řešení takovýchto situací je vždy v kruhu jeden z uzlů, který plní roli tzv. monitoru (monitorovací stanice). Některé nestandardní situace však nezvládne ošetřit ani tato monitorovací stanice sama, a pak si musí pomáhat rozesíláním speciálních monitorovacích rámců (tzv. beacon frames), které mají za úkol shromáždit informace vedoucí k odhalení příčiny nestandardního stavu a jeho ošetření. Složitost těchto opravných mechanismů značně zvyšuje složitost implementace této technologie, a tím současně i její cenu. Technologie Token Ring je obecně dražší než Ethernet. Shrnutí: Standard Token Ring je označován jako IEEE 802.5. Pracuje s jinou přístupovou metodou než Ethernet tzv. metoda token passing. Určen pro topologii kruh. Přenosová rychlost 4 16 Mb/s. Max. počet zapojených stanic 250. Základní přenosové medium STP stíněná kroucená dvojlinka, příp. optický kabel. 4.6.1 Princip metody token passing Jde o řízenou přístupovou metodu s předávaním vysílacího práva (tzv. metoda předávání peška - Token Passing). Po síti obíhá stále dokola speciální datový rámec token (pešek) který zajišťuje komunikaci.

32 Standardy síťového hardware Stanice, která chce vysílat, čeká na volný token. Přijde-li na stanici čekající na vysílání volný token, stanice jej odebere ze sítě, přidá k němu svá data a pozmění jeho hlavičku tak, aby se poznalo, že je použitý. Token pak putuje od stanice ke stanici, až dorazí ke stanici cílové, pro kterou je určena zpráva. Tato stanice si zkopíruje data a pozmění hlavičku tak, aby poznat, že data přišla v pořádku a opět pošle token na síť. Token dojde až ke stanici, která vyslala zprávu a ta jej uvolní. Token Ring je technologie velice spolehlivá, je typická pro sítě IBM. Výhodou této metody je, že každý počítač má zaručené získání vysílacího práva po určitém čase.tyto sítě jsou proto na rozdíl od kolizních vhodné i na řízení technologických procesů, kde se vyžaduje práce v reálném čase. Nevýhodou tohoto řešení je relativně komplikované ošetření zařazení nových stanic do sítě po jejich zapnutí, resp. naopak jejich vyřazení. Aby se zabránilo monopolizaci práva vysílat, má každý uzel určenou omezenou dobu, po kterou si smí oprávnění podržet, a po jejím uplynutí musí token předat dál, dalšímu uzlu v kruhu. Navíc je Token Ring schopen implementovat i systém priorit, na základě kterého uzly s vyšší prioritou mají přednost v získávání oprávnění před uzly s nižší prioritou. Díky takovémuto chování dokáže Token Ring mnohem lépe využít celkovou přenosovou kapacitu sdíleného přenosového média, které má k dispozici - jestliže u neřízeného Ethernetu se obvykle udává jako maximum 60 až 80 procent teoretické vytížitelnosti, v případě řízeného Token Ringu je to 90 až 95 procent, navíc s garancí práva přístupu v závislosti na konkrétních prioritách. 4.7 FDDI FDDI, neboli Fiber Distributed Data Interface, je historicky nejstarší vysokorychlostní přenosovou technologií, vyvinutou pro optická vlákna. Za poměrně dlouhou dobu své existence stačila tato technologie dostatečně vyzrát, ale její cena zůstala dosti vysoká a v dnešní době již nemůže konkurovat Fast Ethernetu a zejména gigabitovému Ethernetu, zejména při použití plně duplexního režimu. Na počátku 80. let se lidé snažili využít dobrých přenosových schopností optických vláken a současně potřebovali propojit mezi sebou tehdejší superpočítače. Stejný záměr byl také při zrodu technologie Token Ring, proto obě tyto technologie jsou si v mnohém podobné. Shodují se v kruhové topologii a v použití řízené přístupové metody, založené na principu předávání oprávnění (Token passing viz minulá kapitola). Naopak obě technologie se výrazně liší v přenosové rychlosti. Jestliže Token Ring začínal na 4 Mb/s, a později se zrychlil na dnešních 16 Mb/s, technologie FDDI začínala rovnou na zmíněných 100 megabitech za sekundu. Bohužel na těchto 100 Mb/s už také zůstala - v současné době nic nenasvědčuje tomu, že by existovala nějaká perspektiva dalšího rozvoje FDDI cestou zvyšování její přenosové rychlosti.