Topologie sítí základní topologie sítí hardwarové prvky sítí software sítě Základní topologie sítí Topologie sítí se zabývá zapojením počítačových sítích a zachycením jejich skutečné (reálné) a logické (virtuální) podoby (datové linky, síťové uzly)[1][2][3]. Jako taková je součástí teorie grafů a zasahuje tedy i do matematiky. Sběrnicová topologie Sběrnicová topologie (anglicky Bus topology) je způsob zapojení počítačů do počítačové sítě. Spojení zprostředkovává jediné přenosové médium (sběrnice), ke kterému jsou připojeny všechny uzly sítě (koncové počítače). Sběrnice je jednoduché zapojení, má nízké pořizovací náklady, avšak také své nevýhody. Problém nastává, jakmile chtějí dva klienti na síti vysílat ve stejný okamžik - vzniká kolize. Vzhledem k tomu, že se tato situace děje poměrně často, musí mít systémy, které používají ke vzájemné komunikaci sběrnicovou topologii implementované schéma pro vyvarování se takových kolizí. V počítačových sítích se používá tzv. systém náhodného přístupu (CSMA), který se kolizím snaží předcházet a v případě že nastanou - řeší je. a nevýhody sběrnicové topologie Snadná realizace a snadné rozšíření již stávající sítě. Nevyžaduje tolik kabeláže jako např. hvězdicová topologie. Vhodná pro malé nebo dočasné sítě, které nevyžadují velké rychlosti přenosu. Nesnadné odstraňování závad. Omezená délka kabelu a také počtu stanic. Pokud nastane nějaký problém s kabelem, celá síť přestane fungovat. Výkon celé sítě rapidně klesá při větších počtech stanic nebo při velkém provozu. Hvězdicová topologie V počítačových sítích pojem hvězdicová topologie označuje propojení počítačů do útvaru tvarem připomínající hvezdici. Jedná se o nejpoužívanější způsob propojování počítačů do počítačové sítě. Každý počítač je připojený pomocí kabelu (UTP, STP) k centrálnímu prvku hubu nebo switchi. Mezi každými dvěma stanicemi existuje vždy jen jedna cesta. Toto zapojení pochází z počátků používání výpočetní techniky, kdy byly počítače připojeny k centrálnímu počítači (mainframe). Při zkolabování hubu zkolabuje celá síť. Proto je dobré chránit ho před výpadkem el. proudu záložním zdrojem energie (UPS). - 1 -
a nevýhody sběrnicové topologie Maturitní otázka z POS - č. 14 Pokud selže jeden počítač nebo kabel nebude fungovat spojení pouze pro jednu stanici a ostatní stanice mohou vysílat i přijímat nadále Dobrá výkonnost v porovnání se sběrnicovou topologií. To souvisí s tím, že na jednom kabelu je připojen pouze jeden počítač a tudíž jednak nedochází ke kolizím mezi pakety a také může současně přenášet data více počítačů. Snadno se nastavuje a rozšiřuje Závady se dají snadno nalézt U větších sítí vyžadováno velké množství kabelů - ke každému počítači jeden. Potřeba extra hardware v porovnání se sběrnicovou topologií. Toto dnes ale není vzhledem k pořizovacím cenám příliš důležité (výjimkou je gigabitethernet, ale to se do budoucna jistě změní). V případě selhání centrálního síťového prvku přestane fungovat celá síť. Kruhová topologie V počítačových sítích pojem kruhová topologie označuje zapojení, kde je jeden uzel připojen k dalším dvěma uzlům tak, že vytvoří kruh. Kruhová topologie je méně efektivní než hvězdicová topologie, protože v ní musí data projít přes mnoho uzlů než se dostanou ke svému cíli. Například pokud má daná kruhová síť osm počítačů, musí data z prvního počítače projít na čtvrtý počítač přes počítače dva a tři PC 1 -> PC 2 -> PC 3 -> PC 4). Mohou také jít opačným směrem, tedy z prvního počítače přes osmý, sedmý, šestý, pátý na čtvrtý (PC 1 -> PC 8 -> PC 7 -> PC 6 -> PC 5 -> PC 4). Tato metoda je pomalejší, protože data musí projít přes více počítačů. Kruhová topologie má také nevýhodu v tom, že pokud zkolabuje jeden uzel, zkolabuje celá síť, protože k funkčnosti potřebuje, aby byl celý okruh v pořádku. Technoligie Token ring je Kruhovou topologií jen na logické úrovni, fyzicky se jedná o topologii hvězdicovou topologii. V mnoha kruhoých sítích se přidává protiběžný okruh. Tato duálně kruhová síť zahrnuje Spatial Reuse Protocol, fiber distributed data interface, a Resilient Packet Ring. a nevýhody kruhové topologie Přenos dat je relativně jednoduchý, protože pakety se posílají jedním směrem. Přidání dalšího uzlu má jen malý dopad na šířku pásma. Nevznikají kolize. Náklady jsou menší než u hvězdicové topologie. Data musí projít přes každý počítač mezi odesil. a příjemcem, což zvyšuje dobu trvání přenosu. Pokud se zhroutí jeden uzel, zhroutí se s ním celá síť a data nemohou být správně přenášena. Je těžké najít a odstranit závadu. Protože jsou všechny stanice navzájem propojené, musí se kvůli přidání nového uzlu dočasně vypnout celá síť. - 2 -
Stromová topologie V počítačových sítích pojem stromová topologie označuje propojení počítačů do útvaru tvarem připomínající strom. Vycházejí z hvězdicové topologie spojením aktivních síťových prvků, které jsou v centrech jednotlivých hvězd. Takovéto propojení se používá především v rozsáhlých počítačových sítích ve velkých firmách. Jednotlivé hvězdice často představují jednotlivá oddělení firmy, patra budovy nebo celé budovy. Tyto hvězdice jsou pak znovu spojeny hvězdicovitým způsobem. a nevýhody stromové topologie Pokud selže jeden aktivní síťový prvek, ostatní části sítě mohou dále pokračovat. Snižuje se potřebné množství kabelů. Zvýšení bezpečnosti - zvyšuje se obtížnost odposlouchávání síťové komunikace. Pokud je špatně udělána a selže li vysoce postavený síťový prvek (prvek který je blízko kmenového prvku), ona větev, nemůže s kmenovým prvkem komunikovat Hardwarové prvky sítí Kabely Koaxiální kabel (coaxial cable) Nejstarší typ kabelu používaný k propojování počítačů Základem je měděný vodič obalený plastovou izolací, ta je opletena stíněním (kovové drátky nebo folie). Vše je vloženo do vnějšího izolačně mechanického obalu z plastu. Pro koaxiální kabely je typická sběrnicová topologie sítě Rychlost přenášených dat je 10 Mb/s Kabel musí být a obou koncích ukončen zakončovacím odporem (50Ω). Jinak by se elektrický signál odrazil od konce kabelu a utlumil by ostatní ostatní signály Existují i koaxiální kabely s impedancí 93 Ω (pro u nás málo používané sítě ARCnet) a impedancí 75Ω která se používá jako svod televizních antén Používají se dva druhy o Tlustý koaxiální kabel (thick Ethernet) Průměr cca 10 mm, žlutá barva Velmi dobré elektrické vlastnosti, proto využíván pro páteřní vedení Hlavní nevýhodou jsou mechanické vlastnosti a způsob připojení stanice ke kabelu (nutno použít speciálního odbočovacího prvku) o Tenký koaxiální kabel (thin Ethernet) Byl standardem kabeláží lokálních sítí Průměr cca 5mm, černá bava Zakončení BNC konektorem Pro připojení jednotlivých počítačů ke kabelu se používá T-konektor Nutnost přerušování koaxu pro připojení nové stanice je příčinou hojných poruch (nejčastěji vyvoláno špatným nakonektorováním koncovek) Poruchy se těžko vyhledávají, často bývají nahodilé nepravidelně se opakující - 3 -
Kroucená dvojlinka (twisted pair cable) Odvozena od telefonního kabelu a dnes je nejrozšířenějším vodičem v sítích LAN Ochrana proti rušení spočívá nikoliv v izolaci ale kroucení! Nejčastější použití kabelu kategorie CAT5 o Čtyři páry vodičů o Přenosová rychlost 100 Mb/s Mechanicky mnohem odolnější než koax Typická je hvězdicová topologie sítě Rychlost přenášených dat 100 Mb/s Impedance 100 Ω Používají se dva druhy o Nestíněná kroucená dvojlinka UTP (Unshielded Twisted Pair) nejpoužívanější vodič, jednotlivé páry jsou vloženy do vnější plastické izolace o Stíněná kroucená dvojlinka - STP (Shielded Twisted Pair) s kovovým opletením Praktické provedení o Pro kabeláž twisted pair je nutný prvek, je nutný prvek, kterým jsou jednotlivé kabely spojeny : HUB (viz.téma Rozbočovače a aktivní prvky sítě ) o V praxi se kabely z HUBu nepropojují přímo k počítači (i když je to možné) ale do zásuvek RJ-45 z nichž je připojen počítač. o Pro kabel počítač- zásuvka se používá termín patch kabel o Kabel se skládá ze čtyř párů. 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. - 4 -
Vodič podle kontaktu v konektoru Barva Pár signál 1 Bílooranžová 1 (oranžový) +TD (transceive data) 2 Oranžová 1 (oranžový) -TD (transceive data) 3 Bilozelená 2 (zelený) +RD (receive data) 4 Modrá 3 (modrý) nepoužito 5 Bílomodrá 3 (modrý) nepoužito 6 Zelená 2 (zelený) -TD (receive data) 7 Bílohnědá 4 (hnědý) nepoužito 8 Hnědá 4 (hnědý) nepoužito o Pokud propojujete jen dva PC, není nutný HUB ale kabel musí být zapojen jinak kříženě: Barva Barva Vodič podle kontaktu v prvním konektoru Vodič podle kontaktu v druhém konektoru 1 Bílooranžová 1 Bilozelená 2 Oranžová 2 Zelená 3 Bilozelená 3 Bílooranžová 4 Modrá 4 Modrá 5 Bílomodrá 5 Bílomodrá 6 Zelená 6 Oranžová 7 Bílohnědá 7 Bílohnědá 8 Hnědá 8 Hnědá - 5 -
Optický kabel (fiber optic cable) Data jsou přenášena světelnými impulsy v průsvitných vláknech Optická vlákna (jsou minimálně dvě pro každý směr jedno), jsou vložena do vrstvy sekundární ochrany, která zabraňuje mikroohybům kabelu Existují dva druhy optických kabelů o Mnohavidové Paprsek se odráží od pláště vlákna. Index lomu pláště vlákna není konstantní a vlivem jeho změn je původní paprsek rozložen na více vidů, což zhoršuje výsledk přenosu, ale kabel je levnější a lépe se s nm pracuje. o Jednovidové Kabelem prochází díky velmi nízkému indexu lomu mezi jádrem a pláštěm jen jeden paprsek. Tyto kabely mají lepší optické vlastnosti a tím vzšší přenosovou rychlost, jsou ale dražší. Na konci každého kabelu je nutný převodník Výhodou je vysoká přenosová rychlost (Gb/s) Absolutní odolnost proti všem elektromagnetickým rušením Vysoká bezpečnost přenášených dat (optické signály nelze odposlouchávat) Nevýhodou je cena a složité konektorování Síťové karty a konektory Abyste mohli zvolit pro svou síť správnou kartu, musíte si nejdříve určit, jaký typ síťových kabelů a konektorů bude síť mít. Některé síťové karty mají více než jeden konektor rozhraní. Není například neobvyklé, že má síťová karta konektor jak pro tlustý, tak tenký koaxiál, nebo konektor pro kroucenou dvoulinku a pro tlustý koaxiál. - 6 -
Konektor RJ-45 RJ-45 pro připojení konektoru kroucené dvoulinky. Podobá se telefonnímu konektoru RJ-11, ale je větší, protože má osm vodičů, zatímco RJ-11 má pouze 4 vodiče. Konektor BNC BNC konektor pro připojení sítě s tenkými koaxiálními kabely. c) Zesilovače, převodníky, brány zesilovač (repeater) připojíme do nějaké části sítě a on zesiluje signál, který do něj příde, používá se tam kde by se signál ztrácel díky délce vedení, nebo rušivým vlivům. převodníky (transceiver) se používají tam kde se nám například potká kroucená dvojlinka s optickým kabelem. brána (gateway) propojuje sítě d) HUBy a Switche Hub (rozbočovač) je rozbočovací zařízení, které větví přenášený signál a tím umožňuje rozšiřování sítě o další pracovní stanice. Vše co mu přijde na jeho vstupy, ihned odesílá na všechny výstupy. Je určen pro vytváření sítí s topologií hvězda. Na přední straně jsou zásuvky (porty), které jsou uvnitř vzájemně elektricky propojeny. Tyto zásuvky jsou u malých hubů většinou zezadu. Do těchto zásuvek se připojují kabely které vedou od počítačů. Switch (přepínač) provádí filtraci paketů mezi jednotlivými porty, takže spolu může komunikovat více "síťových karet" najednou, což přináší větší propustnost a z toho plynoucí zrychlení komunikace. - 7 -