Pasivní síťové prvky

  • Vytisknout

  

Jak již bylo uvedeno výše, pasivní síťové prvky jsou takové, které se aktivně nepodílí na síťové komunikaci. Nejčastěji se jedná o konektory, zásuvky a přenosová média.

Nejprve se zaměříme na přenosová média, která nám určují nejenom rychlost a kvalitu připojení, ale mnohdy také topologii počítačové sítě. Záměrně uvádím termín přenosová média a ne kabely, protože do této kategorie nepatří jen kabely, ale i různé bezdrátové technologie. Úkolem přenosových medií je vytvořit přenosové cesty mezi zařízeními tak, aby bylo možné posílat signály přenášející data.

Mezi nejběžnější přenosová média patří:

· Elektrické, zpravidla měděné, vodiče

· Tlusté a tenké koaxiální kabely

· Kroucená dvojlinka

· Optické vlákna

· Vzduch u bezdrátového přenosu

Mezi nejdůležitější vlastnosti přenosových medií patří:

1. Elektromagnetická odolnost (Electromagnetic Susceptility EMS), což je odolnost vůči vnějším zdrojům energie jako jsou motory, lékařské přístroje, fluorescenční osvětlení, mobilní telefony, atmosférická elektřina apod.

2. Šířka pásma (Přenosová rychlost) neboli rychlost přenosu dat. Přenosová rychlost se nejčastěji uvádí v kb/s (kilobity za sekundu), Mb/s (megabity za sekundu) nebo v Gb/s (gigabity za sekundu).

3. Útlum, tj. míru zeslabení signálu při průchodu kabelem. Velikost se uvádí v dB (decibely). Velikost útlumu je přímo úměrná s délkou kabelu. Čím delší je kabel tím větší je útlum.

4. Impedance, což je odpor, který kabel představuje pro připojené zařízení. Impedance kabelu i zařízení mají být stejné. Velikost se uvádí v ohmech (Ω) a značí se Z0.

5. Zkreslení je odchýlení (deformace) signálu, které vzniká při jeho přenosu. Čím delší je kabel, tím větší je zkreslení.

6. Další vlastnosti – např. cena, možnost odposlechu apod.

Grafické rozdělení přenosových médií je znázorněno na Obr. 17.

 

Z obrázku je vidět základní dělení přenosových medií a to na drátová a bezdrátová. Drátová média se pak dělí na metalické, neboli kovové, které přenáší nejčastěji elektrické pulsy a optické, které přenáší světelné paprsky pomocí optických vláken. Na druhou stranu, bezdrátová média se dále dělí podle toho, v jaké frekvenci jsou přenášená data přenášena vzduchem.

Nejdůležitější média si probereme v následujících podkapitolách.

 

Koaxiální kabel

Začneme koaxiálními kabely, které byly dříve velmi hojně používány v sítích Ethernet, než byly nahrazeny kroucenou dvojlinkou, čímž pozbyly svého významu a pomalu se přestaly v počítačových sítích využívat. V poslední době se stále používají v tzv. hybridních sítích při rozvodech Internetu pomocí kabelové televize. Stále se ovšem můžeme s koaxiálními kabely setkat při propojení televizní antény a televizoru.

Koaxiální kabel je tvořen dvěma soustřednými vodiči, od nichž je odvozen také název tohoto kabelu – coaxial znamená soustředný. Základní části koaxiálního kabelu podle Obr. 18 jsou:

1. Vnitřní vodič – který je vyroben zpravidla z mědi a bývá to buď jeden plný drát nebo spletené lanko z více drátků. Průměr tohoto vodiče je jedním z faktorů, které ovlivňují útlum.

2. Dielektrikum – je izolační vrstva umístěná kolem vnitřního vodiče. Bývá vyrobeno
z polyethylenu, teflonu, popř. tam může být jen vzduch a značně ovlivňuje vysokofrekvenční vlastnosti kabelu.

3. Foliové stínění – bývá umístěno kolem dielektrika. Bývá pod vodivým opletením, nemají ho všechny koaxiální kabely a díky horší ohebnosti jsou tyto kabely použity pro pevné rozvody.

4. Vnější vodič – neboli vodivé opletení zpravidla provedeno pomocí splétaného měděného vodiče. Toto splétání může sloužit také jako zemnění pro vnitřní vodič
a spolu s foliovým stíněním chrání vnitřní vodič před cizími elektromagnetickými poli.

5. Vnější plášť – který slouží jako ochrana vodiče většinou proti mechanickému poškození a bývá vyroben z PVC, teflonu nebo PE.

V praxi se setkáváme se dvěma druhy koaxiálních kabelů – tlusté a tenké. Tlusté koaxiální kabely byly využívány jako první přenosové medium v síti Ethernet a dokáží přenášet signál do vzdálenosti maximálně 500 m, přičemž jejich průměr je 1,3 cm. Tenký koaxiální kabel se dnes používá častěji i v jiných oborech (rozvody antén apod.), má průměr 0,6 cm, impedanci 50 Ohm a maximální dosah 200 m.

Mezi výhody koaxiálních kabelů patří jednoduchá instalace, vysoká EMS a mohou být využity také k přenosu hlasu a videa. Hlavní nevýhoda, možná také příčina toho, proč se přestaly používat a byly nahrazeny kroucenou dvojlinkou, byla malá mechanická odolnost hlavně při ohybu kabelu.

 

Kroucená dvojlinka

Kroucená dvojlinka je vlastně svazek vodičů (zpravidla osmi), které jsou vždy spleteny v páru. Odtud také pochází název tohoto kabelu – anglicky twisted pair. Tomuto vedení se říká symetrické, protože oba vodiče jsou v rovnocenné pozici a signál přenášení po vedení je dán rozdílem potenciálů obou vodičů. Důvod, proč jsou tyto vodiče zkrouceny v párech, je ve zlepšení elektrických vlastností kabelu – minimalizují se tzv. přeslechy mezi jednotlivými páry a snižuje se vliv vodičů na okolí a z okolí. Řez takovýmto kabelem je zobrazen na Obr. 19.

K rozšíření kroucené dvojlinky v minulosti pomohlo i to, že nové budovy v USA měly naddimenzovanou rozvodnou telefonní síť realizovanou právě kroucenou dvojlinkou. Když se potom do těchto objektů zaváděla počítačová síť, použily se již rozvedené nadbytečné telefonní rozvody kroucenou dvojlinkou jako přenosové medium pro počítačovou síť. Došlo tedy k úpravě Ethernetu jako síťové přenosové technologie dosud využívající koaxiální kabel, tak mohla být síť provozována i na této telefonní kroucené dvojlince.

Kroucená dvojlinka se dělí do tzv. kategorií:

1. Kategorie 1 – není určena k datovým přenosům, používá se hlavně k telefonním rozvodům ať už analogovým, tak i ISDN apod. Přenosové rychlosti jsou do 1 Mb/s.

2. Kategorie 2 – je již určena pro přenos dat s maximální šířkou pásma 1,5 MHz. Používá se pro digitální přenos zvuku a přenosové rychlosti jsou kolem 4 Mb/s.

3. Kategorie 3 – asi nejpoužívanější rozvody určené pro přenos dat a hlasu s šířkou pásma 16 MHz a přenosovou rychlostí do 10 Mb/s.

4. Kategorie 4 – určena pro přenos dat v síti Token ring, má šířku pásma 20 MHz
a přenosovou rychlost do 16 Mb/s.

5. Kategorie 5 – tato kategorie pracuje se šířkou pásma 100 MHz a je určena pro rozvody počítačových sítí s rychlostí do 100 Mb/s nebo 1 Gb/s při využití všech 8 vláken.

6. Kategorie 5E – nahrazuje předchozí kategorii, pracuje taktéž s šířkou pásma 100 MHz, ale jsou na ni kladeny přísnější parametry s cílem využití v 1Gb/s sítích.

7. Kategorie 6 – tato kategorie pracuje s šířkou pásma 250 MHz a využívá se pro ultrarychlé páteřní rozvody v lokálních sítích. V dnešní době je to nejpoužívanější rozvod v nových budovách.

8. Kategorie 6E – pracuje se s šířkou pásma 500 MHz a využívá se pro superrychlé rozvody s rychlostí do 10 Gb/s

9. Kategorie 7 – využívá šířku pásma 600-700 MHz, každý pár je samostatně stíněn
a používá se pro přenosy plné šířky videa. Zatím se na této technologii pouze provádí pokusy a běžně se nepoužívá.

Jak již bylo uvedeno výše, nejčastěji se používají kabely s osmi dráty, přičemž pro rozvody se využívají jen 2 páry (všechny 4 páry se používají pro gigabitové rozvody). Nejsou ovšem výjimkou taktéž rozvody kroucenou dvojlinkou, kde se využívá i více drátů – např. 25, 100 nebo až 300.

Další dělení kroucené dvojlinky ve výše uvedených kategoriích je taktéž podle stínění na nestíněné (angl. Unshielded Twisted Pair – UTP), kde není žádné extra stínění, pouze zapletení kabelů po dvojicích a stíněné, kde stínění je prováděno buď tím, že každá zkroucená dvojice je zapletena do folie (angl. Shielded Twisted Pair – STP), nebo celý kabel je stíněn vodivou folií (angl. Foiled Twisted Pair – FTP), popř. kombinací stínění páru i celé dvojice (angl. Screened Shielded Twisted Pair – S/STP). Pro ilustraci jsou tyto kabely schematicky vyobrazeny na Obr. 20.

Výhody kroucené dvojlinky lze najít ve snadném připojení jednotlivých zařízení, možnost využití i např. i pro telefonní rozvody, která se často využívá ve strukturované kabeláži. Nespornou výhodou je také snadná instalace a nízká cena. Naopak nevýhodou může být to, že stíněný kabel je silnější a hůře se s ním pracuje a u nestíněného je horší EMS než např. u koaxiálního kabelu.

 

Optický kabel

Jestliže se informace u předchozích dvou přenosových medií přenášely pomocí elektrických pulsů, tak u optických kabelů jsou to pulsy světelné. Pro přenos je potřeba celý přenosový systém, tedy vysílač, přenosové medium (optický kabel) a přijímač.

Optické kabely se v praxi často označují jako Fiber-Optic (FO). Vysílač (označován Tx), zpravidla LED nebo laserová dioda, převádí tedy elektrické signály na světelné impulsy a přijímač (Rx) je složen z fotodetektoru, který převádí optický signál do elektrického tvaru, zesilovače, jenž signál zesiluje a převádí do tvaru připraveného ke zpracování a procesoru, který převádí původní signál na signál elektrický přičemž dochází ke změně kódování. Optické vedení tvoří většinou svazek optických vláken, které se liší v rozměrech, složení, ale také ve vlnových délkách, které mohou přenášet. Jak takový optický kabel vypadá můžete vidět na Obr. 21 vlevo a řez takovýmto vláknem je zobrazen na témže obrázku vpravo.

Optické vlákna se dělí na jednovidové a mnohavidové. Jednovidové (angl. singlemode) mají jádro velmi tenké (méně než 10 μm), světlo může v jádru postupovat jen jednou cestou, má velký útlum, při instalaci vyžaduje větší přesnost a přenosové rychlosti jsou až 50 Gb/s. Jednovidové vlákna umožňující přenos až na 100 km bez opakovače, ale jsou dražší než mnohavidové. Mnohavidové (angl. Multimode) jsou tlustší než jednovidové vlákno, světelný paprsek tak má více prostoru a může tak probíhat v jádru více cestami, což ovšem může vézt k rušení signálu na straně přijímače. Snáze se spojují, jsou levnější než jednovidová, ale nejvyšších rychlostí dosahujeme do vzdálenosti 1 km od vysílače.

Na Obr. 22 jsou zobrazeny tři druhy optických kabelů. První, označené jako A, jsou mnohavidové optické kabely se stupňovitým indexem lomu. Druhé (B) jsou mnohavidové optické kabely s gradientním indexem lomu a poslední kabely označené jako C jsou kabely jednovidové.

Výhodou optických kabelů je vysoká EMS a minimální útlum světelného paprsku, čímž se dají použít a také se využívají pro přenos na velké vzdálenosti. Další výhody jsou také elektrická izolace a větší bezpečnost – optická vlákna se dají hůře odposlouchávat než rozvody metalické. Nevýhoda je obtížnější připojování a také složitější montáž (kabel nesmí být příliš ohýbán nebo dokonce zlomen). Nezanedbatelnou nevýhodou je také cena, která je vyšší než u předešlých dvou technologií.

 

Bezdrátové připojení

Bezdrátové připojení k síti se většinou používá tehdy, kdy běžné „drátové“ není možné především z důvodu obtížnosti instalace např. na odlehlých místech, v hornatých krajinách apod. nebo tehdy, kdy již není možné dráty natáhnout bez bourání. Mezi nejběžnější bezdrátové připojení patří satelitní, mikrovlnné, infračervené, rádiové popř. speciální bezdrátovou optickou technologii (angl. Free-Space Optics – FSO) využívající laser.

Satelitní připojení není příliš rozšířeno, ale může být poměrně levným řešením v případě stahování velkého množství dat nebo v případě, kdy chcete přenést stejný obsah dat více příjemcům současně. Toto plyne z principu satelitního vysílání využívaného především v televizní technice, což nepříliš zapadá do koncepce sítě v podobě klient-server. Běžné satelitní antény totiž dovedou signál pouze přijímat, což značí přenos dat pouze ve směru server → klient a opačný směr musí být realizován jinak. Satelitní připojení je typickým příkladem asymetrického připojení, kdy rychlost stahování (často nazývaného anglicky downloadu) bývá podstatně vyšší než rychlost odesílání (angl. uploadu). Podle způsobu řešení odesílání dat dělíme satelitní připojení do dvou skupin – jednosměrné a obousměrné. Více se o tomto druhu připojení dozvíme z kapitoly 4.2.5 zabývající se připojením k Internetu.

Mikrovlnné připojení využívá bezdrátová pojítka pracující v bezlicenčním pásmu 2,4 GHz, 5 GHz a 10 GHz. Tato technologie je velmi rozšířena a je to v podstatě to, co poskytovatelé připojení k Internetu nabízejí jako „bezdrátové připojení“. Více si ho opět rozebereme v kapitole zabývající se internetovým připojením.

Infračervené připojení, často označováno jako IrDA (z angl. Infrared Data Association), se používá většinou na krátké vzdálenosti – dříve v noteboocích, mobilních telefonech apod. Velkou nevýhodou IrDA je nutnost přímé viditelnosti připojovaných zařízení. Díky této nevýhodě je tato technologie postupně nahrazována technologií Bluetooth, která již patří do technologie radiových připojení. Tato technologie byla vytvořena v roce 1994 firmou Ericsson jako bezdrátová náhrada populárního rozhraní RS-232. Je hojně využívána především v prostředí mobilních telefonů pro připojení různých zařízení s telefonem jako jsou sluchátka, navigace, autorádia apod. Název pochází z anglického přepisu jména dánského krále Haralda Modrozuba vládnoucího v 10. století. Tento král díky svým diplomatickým schopnostem přemluvil válčící kmeny k diskuzi a spolupráci a proto je využit i zde, kde bluetooth bereme jako technologii usnadňující komunikaci mezi různými zařízeními.

 

Konektory a zásuvky

Nedílnou skupinou pasivních propojovacích prvků jsou i konektory a zásuvky a proto je jim věnována také jedna podkapitola. Konektor je zařízení na konci síťového média, které je připojené na straně síťového uzlu do síťové karty a na druhé straně buď do aktivního síťového prvku nebo do zásuvky v případě strukturovaného kabelového rozvodu v budovách.

Typ konektoru závisí zpravidla na typu použité kabeláže a záměrně má každé medium jiný konektor, aby nedošlo k záměně. V případě koaxiálních kabelů je to konektor BNC (Bayonet Neill–Concelman) pro tenký koaxiální kabel a AUI (Attachment Unit Interface) pro tlustý koaxiální kabel. Kroucená dvojlinka používá zase konektor RJ-45, nebo častěji označené 8P8C (8 Position 8 Contact). Typů konektorů pro optické kabely je velké množství, ale nejčastěji se používají konektory SC, ST s bajonetovým závitem nebo LC, kterou hojně používá firma CISCO. Ukázky těch nejvíce používaných konektorů můžete vidět na Obr. 23.