Síťové technologie a stavba sítí

Bankovní institut vysoká škola Praha Katedra matematiky, statistiky a informačních technologií

Síťové technologie a stavba sítí Bakalářská práce

Autor: Martin Kutálek Informační technologie

Vedoucí práce:

Praha

Ing. Josef Lukeš

Červenec 2011

Prohlášení: Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a v seznamu uvedl veškerou pouţitou literaturu. Svým podpisem stvrzuji, ţe odevzdaná elektronická podoba práce je identická s její tištěnou verzí, a jsem seznámen se skutečností, ţe se práce bude archivovat v knihovně BIVŠ a dále bude zpřístupněna třetím osobám prostřednictvím interní databáze elektronických vysokoškolských prací.

V Praze, dne 22. 7. 2011

Martin Kutálek

Poděkování vedoucímu práce Tímto děkuji panu Ing. Josefu Lukešovi, vedoucímu mé bakalářské práce, za cenné rady, věcné připomínky a dohled nad mojí prací. Martin Kutálek

Anotace Tato práce se zabývá tématem síťových technologií. Práce je rozdělena do deseti částí. První část popisuje OSI model, který popisuje jednotlivé vrstvy počítačové sítě. Druhá část se zabývá uspořádáním počítačové sítě neboli topologií, která definuje zapojení počítačové sítě. Třetí část popisuje Ethernet, coţ je v dnešní době nejpouţívanější technologie pro budování počítačových sítí. Čtvrtá část popisuje protokol TCP/IP, který je hlavním protokolem pro přenos dat v sítích. V páté části jsou popsány základní aktivní prvky počítačových sítí. Části šest aţ osm se zabývají samotnými přenosovými médii, z kterých se budují počítačové sítě. Devátá část se zabývá rozdělením počítačových sítí dle jejich velikosti, případně jejich pouţití. Desátá část obecně popisuje stavbu sítě pro potřeby společnosti, včetně moţností připojení k Internetu. This work deals with network technology. The work is divided into ten parts. The first part describes the OSI model, which describes the various layers of computer networks. The second part deals with computer network configuration and topology, which defines the connection of computer networks. The third section describes the Ethernet, which is today’s most widely used technology for building computer networks. The fourth section describes the TCP/IP, which is the main protocol for transferring data thru networks. In fifth section are described basic active network elements. Parts six to eight deal with the transmission media of which are computer networks built. The ninth chapter deals with the distribution of computer networks, according to their size and their use. The tenth section describes design of computer network for purposes of small company, including Internet connection.

Obsah Úvod .................................................................................................................................. 7 1.

Jednotlivé vrstvy OSI modelu .............................................................................. 8 1.1.

Protokoly a technologie jednotlivých vrstev OSI modelu ............................ 9

2.

Topologie počítačových sítí ............................................................................... 13

3.

Specifikace Ethernetu ......................................................................................... 18 3.1.

Verze Ethernetu ........................................................................................... 18

3.2.

Typy Ethernetu ............................................................................................ 19

3.3.

Historie protokolu TCP/IP .......................................................................... 21

4.

Aktivní prvky počítačových sítí ......................................................................... 22

5.

Metalické sítě...................................................................................................... 24

6.

7.

8.

9.

5.1.

Ethernetová komunikace po elektrické síti ................................................. 24

5.2.

Metalický kabel - koaxiální kabel ............................................................... 24

5.3.

Metalický kabel - kroucená dvojlinka (twisted pair) .................................. 25

Optické sítě ......................................................................................................... 33 6.1.

Optický kabel – optické vlákno (Optical fiber)........................................... 33

6.2.

Měření optických vláken ............................................................................. 35

Bezdrátové sítě ................................................................................................... 40 7.1.

Volná pásma ................................................................................................ 40

7.2.

Modulace signálu bezdrátových sítí ............................................................ 41

7.3.

Normy bezdrátových sítí ............................................................................. 41

7.4.

Licencovaná pásma ..................................................................................... 45

7.5.

WiMax......................................................................................................... 45

7.6.

Zabezpečení bezdrátových sítí .................................................................... 46

7.7.

Měření bezdrátových sítí ............................................................................. 47

Typy počítačových sítí ....................................................................................... 48 8.1.

Local Area Network - LAN ........................................................................ 48

8.2.

Metropolitan area network - MAN ............................................................. 48

8.3.

Wide Area Network - WAN ....................................................................... 49

8.4.

Virtual Local Area Network – VLAN......................................................... 49

8.5.

Wireless Local Area Network - WLAN...................................................... 49

Stavba počítačových sítí ..................................................................................... 50 9.1.

Moţnosti propojení budov .......................................................................... 52

9.2.

Zapojení uvnitř budov ................................................................................. 54

9.3.

Moţnosti připojení k Internetu .................................................................... 56

Závěry a doporučení........................................................................................................ 58 Seznam obrázků .............................................................................................................. 62

Úvod V posledních třech desetiletích došlo k výraznému nárůstu počtu osobních počítačů, ať uţ v segmentu podnikovém nebo v domácnostech. Současně s rostoucím počtem počítačů vznikaly nároky na přenosy dat mezi nimi. Je to zhruba dvacet let, kdy počítačové sítě přestaly být doménou pouze vědeckých a technologických institucí a začaly si nacházet cestu do domácností i firem. V dnešní době jsou počítačové sítě součástí kaţdodenního ţivota lidí, jejich přítomnost si většina lidí ani neuvědomuje, ale kaţdý telefonát, email nebo poţadavek na webovou stránku prochází počítačovými sítěmi. V případě webových stránek přes největší počítačovou síť současnosti – Internet. Internet znamenal revoluci nejenom v sítích na celém světě, stal se prostředkem pro kaţdodenní práci, zábavu a současně otevřel nové moţnosti komunikace. Kvůli potřebám Internetu rostou v poslední době nároky na datovou propustnost sítí, coţ nutí výrobce vyvíjet nové technologie pro kvalitnější a rychlejší přenos dat. Hlavními motory pokroku v dnešní době v oblasti počítačových sítí jsou především: potřeby komunikace v globalizovaném světě, zajištění kvalitních přenosů hlasu a především obrazu pro potřeby korporátní komunikace (telekonference) nebo pro domácí pouţití prostřednictvím komunikačního software (např. Skype), online prodej software, tzv. digital download, přesuny datových center do zemí s niţšími náklady na pracovní sílu, v neposlední řadě jde i o tlak hráčů online her na kvalitu spojení a dostupnost herních serverů. Cílem této práce je poskytnutí popisu jednotlivých síťových technologií, popis jejich fyzické a logické vrstvy, a dále charakterizovat technologie pouţité při stavbě sítí. OSI model S rozvojem vzájemné komunikace počítačů (a obecně komunikujících zařízení) s různým technickým a softwarovým vybavením, je potřeba definovat obecná pravidla. Pro jednodušší popis těchto pravidel byl vytvořen hierarchický OSI model (Open Systems Interconnection Basic Reference Model). Referenční model je abstraktní popis síťové komunikace a protokolů pouţitých ke komunikaci mezi počítači. Model je rozdělen do sedmi vrstev, poskytuje základnu pro vypracování norem k účelům propojování systémů.

7

Konkrétní vrstva odesílatele komunikuje se stejnou vrstvou příjemce. Při odesílaní dat se provádí zapouzdření na jednotlivých vrstvách a předání další vrstvě. Začíná se nejvyšší vrstvou, ta se zabalí do nejbliţší níţší, atd. Rozbalování na straně příjemce probíhá opačně po vrstvách. Konkrétní vrstva odesílatele komunikuje se stejnou vrstvou příjemce. Při odesílaní dat se provádí zapouzdření na jednotlivých vrstvách a předání další vrstvě. Ne všechny počítačové protokoly striktně oddělují vrstvy OSI, ale pro základní orientaci je tento model velmi uţitečný (aplikace OSI modelu bude pouţita v části zabývající se Internetem).

1.

Jednotlivé vrstvy OSI modelu

Aplikační vrstva (applications) Obsahuje aplikace zvenku viditelné uţivatelem, jako je elektronická pošta, vzdálený terminálový přístup, přenos souborů. (6) Prezentační vrstva (presentation) Převádí jednotlivá data do standardních síťových formátů, provádí kompresi dat a kódování. Řeší rozdíly v reprezentaci dat mezi aplikací a síťovým formátem. (6) Relační vrstva (session) Spojení mezi aplikacemi, vytvoření a správa session. Komunikace jedné aplikace s druhou, posílání více dat po sobě. Udrţuje spojení mezi dvěma počítači. (14) Transportní vrstva (transport) Zajišťuje spojení mezi vstupními body jednotlivých komunikačních subsystémů. Endto-end spojení systémů, zajišťuje kompletní přenos dat, kvalitu sluţby. Řeší spolehlivé odeslání všech dat ze zdroje do cíle pomocí segmentace a potvrzování. (14) Síťová vrstva (network) Zajišťuje směrování dat mezi body komunikačních subsystémů. Logická adresace routování - určení cesty paketu, přenos dat z bodu do bodu. Komunikace mezi zdrojovým a cílovým zařízením pomocí síťové adresy. (14) Data jsou zapouzdřena do paketů. Linková vrstva (data link) Řídí tok dat na přenosovém médiu (sériová linka, Ethernet, FDDI atd.). Fyzická adresace, např. u Ethernetu se pouţívá MAC - media access control a LLC - logical link control, datový tok, synchronizace rámů, komunikace 1 hop. Detekce chyb, řízení toku a přístupu na médium.

8

Data vytváří rámce (hlavička + data + zápatí). Fyzická vrstva (physical) Zajišťuje vlastní fyzické propojení. Fyzické parametry linky - média (kabely, rádio, světlo), signály a binární přenos. Řeší fyzické poslání dat (přenášeným bitům nepřiřazuje ţádný význam). (21) Data ve formě bitů.

ISO OSI model 7. Aplikační vrstva 6. Prezentační vrstva 5. Relační vrstva 4. Transportní vrstva 3. Síťová vrstva 2. Linková vrstva 1. Fyzická vrstva

1.1. Protokoly a technologie jednotlivých vrstev OSI modelu Jednotlivé vrstvy OSI modelu obsahují skupiny protokolů komunikujících na těchto vrstvách. Technologiím fyzické vrstvy je věnována samostatná kapitola popisující jednotlivé síťové technologie.

Protokoly aplikační vrstvy HTTP (HyperText Transfer Protocol) Protokol pro komunikaci mezi WWW servery a jejich klienty (prohlíţeči). Umoţňuje prohlíţeči vyţádat si konkrétní WWW stránku. Protokol HTTP je postaven jako bezestavový, coţ znamená, ţe kaţdý poţadavek je samostatný a nemá ţádnou návaznost na ţádný z případných předchozích poţadavků. (8) HTTPS (HyperText Transfer Protocol Secure) Nadstavba protokolu HTTP pro zajištění zabezpečeného spojení mezi webovým prohlíţečem a webovým serverem. Data jsou šifrována pomocí TSL nebo SSL. Zvyšuje bezpečnost spojení, mírně zpomaluje přenos dat.

9

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) Poštovní protokol pro komunikaci mezi poštovními servery, pomocí kterého si servery předávají zprávy. SMTP předpokládá nepřetrţitou dostupnost příjemce a odesílatele. To znamená, ţe odesílající server navazuje komunikaci s příjemcem, pokud se toto spojení neprovede, opakuje pokusy o přenos. Z tohoto důvodu není moţno pouţít tento protokol pro přenos poštovních zpráv aţ ke koncovým klientům. Pro tyto přenosy byly vyvinuty protokoly POP3 (Post Office Protocol verze 3) a IMAP (Internet Message Access Protocol). (8) FTP (File Transfer Protocol) Protokol pro přenos souborů mezi počítači v síti. Předpokladem pro komunikaci protokolem FTP je existence FTP serverů, coţ jsou běţné počítače s nainstalovanou sluţbou FTP serveru. Na druhé straně musí být FTP klient, který můţe ze serveru soubory stahovat nebo naopak na server umísťovat. (8) Telnet Protokol Telnet umoţňuje vzdálené přihlašování k jinému počítači. Například na vzdáleném počítači je moţno spouštět aplikace a pracovat s nimi, případně vyuţívat výpočetní kapacitu vzdáleného počítače. Protokol Telnet je nezávislý na platformě, takţe je moţno se připojit z počítače se systémem MS Windows na počítač se systémem UNIX. Protokol Telnet je nezabezpečený a v současné době se pouţívají jiné protokoly s větší bezpečností, jako např. SSH. (8) SSH (Secure Shell) Umoţňuje zabezpečené připojení ke vzdálenému počítači pomocí transparentního šifrování přenášených dat. Na rozdíl od protokolu Telnet nabízí i některé nové vlastnosti jako tunelování spojení nebo přesměrovaní TCP portů. (8) DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) DHCP se pouţívá pro automatické přidělování IP adres koncovým stanicím v síti. Součástí komunikace jsou i další nastavení potřebná pro pouţívání sítě (adresa směrovače – Default Gateway, maska sítě, adresy DNS serverů). Také zajišťuje, aby se v síti nevyskytly dvě stejné IP adresy, aby nevznikl konflikt IP adres. Výhodou je moţnost změny adresace sítě centrálně bez potřeby spolupráce s uţivateli. (8) DNS (Domain Name System) Zajišťuje překlad IP adres v síti na názvy, které se pouţívají v rámci sítě nebo Internetu. Kořenem DNS je tzv. toplevel domain, coţ je většinou značka státu nebo označení zaměření dané adresy (cz, sk, com apod.).

10

Protokoly prezentační vrstvy SSL (Secure socket layer) a TLS (Transport Layer Security) Protokoly poskytující zabezpečení komunikace šifrováním a autentizací komunikujících stran. Vyuţívá se pro bezpečnou komunikaci pomocí HTTPS. Fungují na principu asymetrického šifrování (pouţití veřejného a soukromého klíče). TLS je nástupcem SSL.

Protokoly relační vrstvy Netbios (Network Basic Input Output System) Jedná se o softwarový interface (API) pro zajištění síťové komunikace. Nepracuje s adresami ze síťové vrstvy, vyuţívá logická jména zařízení v síti, která si zařízení mohou libovolně volit. Stanice o svém jménu informuje prostřednictvím broadcastu (vysílání do celé sítě) v síti. Vyvinut společností IBM.

Protokoly transportní vrstvy TCP (Transmission Control Protocol) Pomocí protokolu TCP vytvářejí aplikace na počítačích spojení, přes která přenáší data. Vytváří virtuální okruh mezi koncovými aplikacemi, takţe přenos dat je spolehlivý. Protokol zajišťuje spolehlivé doručování paketů a jejich správné pořadí. TCP také rozlišuje data pro vícenásobné, současně běţící aplikace (například webový a emailový server) běţící na stejném počítači. Různé aplikace se rozlišují pomocí portů, např.: FTP (port 21), SMTP (port 25), DNS (port 53) a HTTP (port 80). (8) UDP (User Datagram Protocol) Pro některé aplikace není TCP protokol vhodný, takţe se vyuţívá protokolu UDP. Problém spočívá v podstatě protokolu TCP, protoţe aplikace po ztrátě paketu neakceptuje další komunikaci, dokud není ztracený paket znovu odeslán a přijat. To způsobuje problémy aplikacím jako např. internetová rádia, online hry nebo VoIP (Voice over IP – telefonování prostřednictvím IP protokolu), kde je uţitečnější dostávat data včas, neţ je dostávat ve správném pořadí a kompletní. Protokol pouţívá podobně jako TCP čísla portů pro identifikaci aplikačních protokolů. (8) SPX (Sequenced Packet Exchange) Protokol pouţívaný v sítích Novell NetWare (IPX/SPX). Především pro lokální sítě, v kterých je efektivnější neţ TCP. Zajišťuje sluţby pro spojení dvou uzlů. Především pro aplikace klient/server. V současné době nahrazen koncepcí TCP/IP. Je moţný souběh protokolů IPX/SPX a TCP/IP v jedné síti.

11

Protokoly síťové vrstvy IP (Internet protokol) IP protokol je základní protokol síťové vrstvy a celého Internetu. Vysílá datagramy na základě IP adres obsaţených v jejich záhlaví. Poskytuje vyšším vrstvám síťovou sluţbu bez spojení, které zajišťuje vyšší vrstva (TCP, UDP nebo samotná aplikace). (8) ARP (Adress Resolution Protocol) ARP se pouţívá k nalezení fyzické adresy MAC podle známé IP adresy. Protokol v případě potřeby vyšle datagram s informací o hledané IP adrese a adresuje ho všem stanicím v síti. Uzel s hledanou adresou reaguje odpovědí s vyplněnou svou MAC adresou. Pokud hledaný uzel není ve stejném segmentu, odpoví svou adresou příslušný směrovač. (8) ICMP Slouţí k přenosu řídících hlášení, která se týkají chybových stavů a zvláštních okolností při přenosu. Pouţívá se například v programu ping pro testování dostupnosti počítače. (8)

12

2.

Topologie počítačových sítí

Existuje 5 základní síťových topologií, ze kterých se vychází při konstrukci PC sítí. Sběrnicová topologie Obrázek 1: Sběrnicová topologie

(Zdroj:Vlastní úprava)

Spojení je realizováno přes jediné přenosové médium. Tato topologie je typická pro sítě propojené koaxiálním kabelem. Sběrnicové zapojení je jednoduché, ale z tohoto principu vycházejí výhody a nevýhody tohoto zapojení. Hlavní výhodou je snadné zapojení a malé nároky na kabeláţ. Při současné komunikaci více neţ dvou klientů v jednom okamţiku vznikají v síti kolize. Při velké komunikaci více stanic dochází k mnoha kolizím a klesá propustnost sítě. Odstraňování problémů na těchto sítích je obtíţné, protoţe při rozpojení sítě v jakémkoliv segmentu se stává celá síť nefunkční.

13

Kruhová topologie Obrázek 2: Kruhová topologie


Jako přenosové médium se pouţívá kroucená dvojlinka nebo optický kabel. Hlavní výhodou je snadný průběh komunikace, protoţe data putují pouze jedním směrem, i kdyţ současně musí projít všemi počítači v sítí, neţ dojdou ke svému cíli. Další výhodou je absence kolizí na síti. Pokud se odpojí jeden uzel, zhroutí se celá síť. Protoţe jsou všechny stanice navzájem propojené, musí se kvůli přidání nového uzlu dočasně vypnout celá síť. Typickým zástupcem technologie kruhové topologie byl Token Ring od IBM. V současné době byl Token Ring nahrazen Ethernetem.

14

Hvězdicová topologie Obrázek 3: Hvězdicová topologie


Dnes nejpouţívanější typ síťového zapojení. Název této topologie vychází z typu zapojení sítě. Kaţdý počítač je připojen do centrálního místa sítě pomocí UTP nebo STP kabelu. Při výpadku jakéhokoliv místa sítě, zbytek sítě komunikuje dále bez problémů. Problém nastává v případě, kdy přestane fungovat centrální bod sítě. Síť má dobrou propustnost, protoţe kaţdé zařízení má vlastní kabel takţe při pouţití přepínače nevznikají kolize i při současné komunikaci více zařízení. Nevýhodou je náročnost zapojení, protoţe kaţdé zařízení má vlastní kabel. Další síťové topologie vychází z těchto tří základních typů

15

Stromová topologie Obrázek 4: Stromová topologie


Tato topologie vychází, z hvězdicové topologie. Při stavbě větších sítí, kdy není moţno všechna zařízení připojit do centrálního místa, se pouţívá stromová topologie. To znamená, ţe jsou jednotlivé hvězdice propojeny mezi sebou. Výhodou této topologie je moţnost pokračování v komunikaci v okamţiku, kdy vypadne nějaká část sítě. Tato topologie se v dnešní době pouţívá pro zapojení sítí kde je potřeba propojit několik hvězd dohromady. Topologie vhodná pro sloţité sítě.

16

Topologie mřížky Obrázek 5: Topologie mřížky


V topologii mříţky jsou uzly propojeny s více účastníky. Buď se můţe jednat o plnou mříţku, kdy je kaţdý uzel spojený se všemi ostatními tak, ţe můţe komunikovat s kaţdým přímo a v případě výpadku nějaké linky můţe jednoduše nalézt cestu. Ale při více uzlech se jedná o sloţité a drahé zapojení, nebo o částečnou mříţku, kdy některé uzly jsou přímo spojeny bod-bod (point-to-point) s více jinými uzly. Tato topologie se pouţívá v sítích, kde je potřeba zálohovat jednotlivé propojení sítí, tak aby při výpadku některého segmentu sítě mohla komunikace pokračovat. Topologie uţívaná v síti Internet.

17

3.

Specifikace Ethernetu

Ethernet byl původně vytvořen pro topologii sběrnice, později přidána specifikace pro hvězdu. Základem je přístupová metoda CSMA/CD (carrier sence multiple access / collision detection) = moţnost vysílání do sítě kdykoliv, kdy není obsazeno spojovací médium (kabel). V případě vysílání několika stanic najednou je detekována kolize (vyslán signál JAM) a vysílání přestává. Vysílání se opět opakuje po uběhnutí náhodného intervalu. Původně byla rychlost 10 Mbit/s, 100 Mbit/s, 1 Gbit/s, nejnovější aţ 40 nebo 100 Gbit/s Výhodou je snadná instalace, flexibilní kabeláţ a rozumná cena. V dnešní době se jedná o standard. Nevýhodou je při vzrůstajícím počtu stanic sniţování průchodnosti (zvýšení počtu kolizí a sníţení rychlosti).

3.1. Verze Ethernetu Ethernet Přenosová rychlost 10 Mbit/s. Definována pro koaxiální kabel, kroucenou dvojlinku a optické vlákno. Fast Ethernet Přenosová rychlost 100 Mbit/s definovaná standardem IEEE 802.3u. Navazuje na původní verzi Ethernet, na které je z velké části zaloţena. V současnosti ji lze povaţovat za základní verzi Ethernetu. Je k dispozici pro kroucenou dvojlinku a optická vlákna. Gigabitový Ethernet Přenosová rychlost 1 Gbit/s. Navazuje na Fast Ethernet. V praxi je gigabitový Ethernet provozován pouze přepínaně s full-duplexem (plným duplexem). Původně byl definován pouze pro optická vlákna (IEEE 802.3z), později byla doplněna i varianta pro kroucenou dvojlinku (IEEE 802.3ab). Desetigigabitový Ethernet Poslední standardizovaná verze. Jeho definice byla jako IEEE 802.3ae přijata v roce 2003. Přenosová rychlost 10 Gbit/s, jako médium zatím slouţí hlavně optická vlákna. Tato verze pracuje vţdy plně duplexně. V roce 2008 byla vyvinuta jeho specifikace pro kroucenou dvojlinku s označení IEEE 802.3an.

18

3.2. Typy Ethernetu 10Base5 Původní Ethernet na koaxiálním kabelu o rychlosti 10 Mbit/s. Koaxiální kabel o impedanci 50 Ω tvoří sběrnici, ke které se připojují pomocí speciálních tranceiverů a AUI kabelů jednotlivé stanice. (19) 10Base2 Ethernet na tenkém koaxiálním kabelu o rychlosti 10 Mbit/s. Koaxiální kabel tvoří sběrnici, ke které se připojují jednotlivé stanice přímo. Kabel má impedanci 50 Ω (RG58), nesmí mít ţádné odbočky a je na koncích zakončen odpory 50 Ω (tzv. terminátory). (19) 10Base-T Jako přenosové médium pouţívá kroucenou dvojlinku s rychlostí 10 Mbit/s. Vyuţívá dva páry strukturované kabeláţe ze čtyř. Dnes jiţ překonaná síť, která byla ve většině případů nahrazena rychlejší 100 Mbit/s variantou. (19) 10Base-F Varianta s optickými vlákny o rychlosti 10 Mbit/s. Pouţívá se pro spojení na větší vzdálenost, nebo spojení mezi objekty, kde nelze pouţít kroucenou dvojlinku. Obvykle tvořila tzv. páteřní síť, která propojuje jednotlivé menší celky sítě. Dnes je jiţ nahrazována vyššími rychlostmi (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet). (19) 100Base-TX Varianta s přenosovou rychlostí 100 Mbit/s, které se říká Fast Ethernet, pouţívá dva páry UTP nebo STP kabelu kategorie 5, 6 a 7. (19) 100Base-FX Standard pro vícevidová (multimod) optická vlákna. Tato norma umoţňovala vzdálenost mezi aktivními prvky sítě do 2 000 metrů. (19) 1000Base-T Ethernet s rychlostí 1 000 Mbit/s, který se nazývá Gigabit Ethernet. Vyuţívá 4 páry UTP kabeláţe kategorie 5e, je definován do vzdálenosti 100 metrů. (19) 1000Base-SX Gigabit Ethernet pouţívající mnohavidové optické vlákno. Je určen pro páteřní sítě do vzdáleností několik set metrů. (19)

19

1000Base-LX Gigabit Ethernet pouţívající jednovidové optické vlákno. Je určen pro větší vzdálenosti, aţ několika desítek kilometrů. V dnešní době umoţňuje spoje na vzdálenost aţ 80 kilometrů. (19) 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 vyuţít kabeláţ kategorie 6. Pro vyuţití plné délky 100 metrů, je nutné pouţít kategorii 6a (augmented Category 6 – šířka pásma 500 MHz). Někteří výrobci prodávají kabely kategorie 7, které jsou označeny jako kompatibilní s 10GBase-T. (19) 40GBase a 100GBase Ethernet s rychlostí 40 a 100 Gbit/s pouţívá optická vlákna. U optických vláken dosahuje vzdáleností aţ 40 km (jednovidová – 100GBASE-ER4), případně 125 m (vícevidová – 40GBASE-SR4/100GBASE-SR10 ). U metalických kabelů do délky 7 m (40BASE-CR4/100GBASE-CR10).

20

Protokol TCP/IP TCP/IP je zkratkou Transmission Control Protokol / Internet Protokol. Tento protokol se pouţívá v celé síti Internet, stejně jako v lokálních a metropolitních sítích. I přesto, ţe se protokol TCP/IP stal standardem sítí teprve v poslední době, je starý uţ více neţ 20 let. Na počátku se pouţíval pro propojení vládních počítačů (síť ARPANET – předchůdce Internetu), nyní nachází největší vyuţití v síti Internet. Původně byl protokol TCP/IP vyvinut pro UNIXové systémy, ale později došlo k velkému rozšíření, hlavně díky podpoře programátorů a později i některých společností. Vzhledem k této podpoře se protokol těší kompatibilitě s velkým mnoţstvím hardware a software. V současné době se jiţ začíná implementovat nová verze TCP/IP protokolu (TCP/IP verze 6), především z důvodu nedostatku IP adres v Internetu a jejich nerovnoměrnému rozloţení na světě. Dochází k paradoxním situacím, kdy například některé americké univerzity mají k dispozici více IP adres neţ Čína.

3.3. Historie protokolu TCP/IP Začátky protokolu TCP/IP sahají do roku 1973, kdy byla poprvé prezentována představa fungování protokolu. Vývoj realizovala agentura ARPA (Advanced Research Projects Agency) financovaná ministerstvem obrany USA. Tento protokol si nechala vyvinout pro svou počítačovou síť ARPANET, která měla propojit navzájem důleţité vojenské, vládní a vědecké počítače. Síť měla být decentralizovaná (bez centrálních prvků), měla fungovat i v případě výpadku některého z uzlů s tím, ţe všechny uzly měly být rovnocenné. Stejně jako v jiných oblastech byla i zde hnacím pokrokem studená válka a koncepce protokolu byla stavěna nezávisle, především ze strategických důvodů. Na vývoji protokolů, financovaném prostřednictvím grantů ministerstva obrany (účelových dotací na výzkum), se pak podílely přední univerzity USA. Svou dnešní podobu získaly nové protokoly v letech 1977-79, brzy poté na tyto protokoly začala postupně přecházet i síť ARPANET, která se později stala zárodkem a páteří Internetu, jak jej známe dnes.

21

4.

Aktivní prvky počítačových sítí

Opakovač (repeater) Prodluţuje segment 10Base2 nebo 10Base5 Ethernetu na koaxiálním kabelu. Umoţňuje prodlouţit síť o další segment tak, ţe teoretická vzdálenost naroste na dvojnásobek. V současné době se jiţ nepouţívá, koaxiální technologie je překonaná a pouţívá se kroucená dvojlinka. Rozbočovač (Hub ) Aktivní prvek, který slouţí jako centrální bod v hvězdicové struktuře na kroucené dvojlince pro 10Base-T nebo 100Base-TX, jsou na něj připojeny koncové stanice. Hub má pouze jednu kolizní doménu, takţe komunikace probíhá na všech místech sítě současně. V jedné síti je moţno za sebe připojit maximálně 4 Huby časovému zpoţdění mezi nejvzdálenějšími částmi kolizní domény. Rozbočovače jsou v dnešní době nahrazeny přepínači. Most (bridge) Spojuje dvě části sítě na druhé (linkové) vrstvě. Ve své paměti si sestaví tabulku MAC (fyzických) adres z jednotlivých segmentů sítě. Je-li příjemce na stejném segmentu jako odesílatel, most data nepošle do jiného segmentu. Mosty jsou neviditelné pro jednotlivé stanice. Propojené sítě se jeví jako jedna lokální síť. Pouţívají se i u WiFi sítí jako jedna z variant nastavení access pointu. Přepínač (Switch) V podstatě inteligentní hub, protoţe komunikaci vysílá data pouze na rozhraní, kde je jejich adresát. Má vlastní paměť, kde drţí informace o síťovém provozu, takţe vţdy ví, pro koho je daná informace určena a pošle ji na to správné místo, takţe pakety necestují celou sítí. Nezbytnost pro větší sítě. Existují switche, které je moţné konfigurovat tak, aby chránily síť před přetíţením, případně mohou blokovat provoz na určených portech apod. Kolizní domény jsou ohraničeny jen na jednotlivé porty. Tím se řeší přetíţení Ethernet sítí způsobený kolizemi. Existují swithe pro kroucenou dvou linku i pro optický kabel, případně smíšené. Směrovač (Router) Spojuje sítě na úrovni 3. vrstvy modelu OSI (síťová) a přenáší mezi nimi data. Základem je směrovací tabulka (anglicky routing table), která obsahuje informace

22

pro rozhodování o směrování. Obsahuje zjednodušený obraz topologie sítě, podle které systém rozhoduje, jak naloţit s přijatým nebo odesílaným datagramem. Kaţdý řádek obsahuje jednu směrovací informaci, kam poslat paket z příchozí podsítě. Při zpracování datagramu je cílová adresa porovnána se záznamy ve směrovací tabulce. Při nalezení shody je podle daného záznamu datagram zpracován. Bezdrátový bod (Access point) Zařízení, které poskytuje bezdrátový signál klientským zařízením. Zařízení můţe vysílat signál v různých reţimech: Access point - připojená zařízení jsou v módu klient, takţe bezdrátový bod je jakýmsi centrálním uzlem pro všechna bezdrátová zařízení na něj připojené Client - koncový bod při připojení na Access point. Není moţno se připojit dalším zařízením. Point-to-point - tento reţim provozu se pouţívá pro vytváření spojů, kdy je vyţadováno spojení pouze mezi 2 body Point-to-multiplepoint - stejný reţim jako point-to-point, ale je moţno připojit více bodů. Opět jako v případě módu access point je jedno zařízení centrálním spojem sítě WDS - reţim při kterém je moţno propojovat více zařízení mezi sebou a současně na ně připojovat klientské body. Při pouţití tohoto reţimu se v síti sniţuje rychlost, takţe není moc vyuţíván. Toto je shrnutí několika základních reţimů, existují ještě další reţimy pouţití bezdrátových zařízení, ale jsou většinou speciálním řešením různých výrobců.

23

5.

Metalické sítě

Metalické sítě jsou nejrozšířenější a nejlevnější variantou síťových technologií, z toho důvodu se pouţívají na propojení koncových zařízení. Jejich výhodou je snadná montáţ, a nízká cena. Jsou limitovány vzdáleností aktivních prvků.

5.1. Ethernetová komunikace po elektrické síti Technika přenosu dat po elektrorozvodné síti má ve světě ustálený název Power Line Communication. Jedná o techniku vysokofrekvenční modulace na bázi OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) s mnoha frekvenčně oddělenými přenosovými kanály, mezi kterými je dynamicky rozkládán tok dat v závislosti na detekovaném rušení příslušné frekvence. Celý přenos je navíc kódovaný šifrou DES s 56bitovým klíčem. Dosahované přenosové rychlosti jsou dnes 45 Mbit/s s výhledem aţ 200 Mbit/s – samozřejmě na omezenou vzdálenost, která je asi 200 m (obdobné metody jsou pouţité např. v ADSL či digitálním rádiu a TV – DAB, DVB). Jedná se o tzv. moduly Homeplug (průmyslový standard) umoţňující přenášet data rychlostí aţ 14 Mbit/s (reálná hodnota můţe být u různých výrobců, v závislosti na aplikaci, i výrazně menší). Technologie PLC (Power Line Communication) nebo jinak BPL (Broadband over Power Lines) byla vytvořena pro datové přenosy po jiţ existujícím elektrickém vedení. Tato technologie se masivně nerozšířila především kvůli problémům s dosaţitelnou vzdáleností, v poslední době je nahrazována bezdrátovými sítěmi.

5.2. Metalický kabel - koaxiální kabel V dnešní době zastaralá technologie se sběrnicovou topologií. Označována jako 10base5 pro tlustý Ethernet (thick Ethernet), 10Base2 pro tenký Ethernet (thin Ethernet). Pro propojení se vyuţívala sběrnicová topologie a kruhová topologie (token ring). Hlavní nevýhodou je nízká přenosová rychlost, která je limitována 10Mbit/s half-duplex (polo-duplex). To znamená, ţe v jednom okamţiku můţe komunikovat účastník sítě pouze v jednom směru. Současně je celá síť jednou kolizní doménou, takţe v jednom okamţiku můţe na síti komunikovat pouze jeden účastník sítě. Při kolizi, současném vysílání více paketů na síti, se paket zahodí a poté se čeká náhodnou dobu na nové vysílání. Toto generuje problémy především v okamţiku velkého zatíţení.

24

Vzdálenost celého jednoho segmentu sítě je 180 metrů (tenký Ethernet) nebo 500 metrů (tlustý Ethernet). Tato vzdálenost se dá prodlouţit pomocí aktivního prvku známého jako repeater (opakovač), který umoţní prodlouţit segment sítě aţ 3krát.

5.3. Metalický kabel - kroucená dvojlinka (twisted pair) Momentálně nejpouţívanější síťová technologie z důvodu ceny, snadnosti instalace a kvality spojení. Pro označení kroucené dvojlinky se pouţívá UTP ( Unshielded Twisted Pair) jako nestíněná kroucená dvojlinka, STP (Shielded Twisted Pair) jako stíněná kroucená dvojlinka a FTP (Foiled Twisted Pair). V případě FTP jde o lepší verzi stínění, kde se pouţívá ještě fólie navíc. Nevýhodou kroucené dvojlinky zůstává dosaţitelná vzdálenost na úrovni 100 metrů. Pro běţné pouţití jsou nejdůleţitější informace o přiřazení pinů koncovky RJ 45, coţ je koncovka pro 8 vodičovou a 100 ohmovou kroucenou dvojlinku. Nestíněná kroucená dvojlinka (UTP) má kategorie 3, 4, 5e, 6a, 7. Pro zapojení vodičů jsou specifikovány dvě varianty T568A a T568B, viz Obrázek 6: Zapojení vodičů kroucená dvojlinka Obrázek 6: Zapojení vodičů kroucená dvojlinka

(Zdroj: http://www.pccitizen.com/RJ45.htm)

Kategorie 3 Původně se komponenty kategorie 3 pouţívaly pro přenos hlasu i dat. Prvky kategorie 3 se dnes pouţívají pouze pro telefonní rozvody (např. propojovací ISDN panely, kabely k telefonní ústředně či propojovací kabely k telefonnímu přístroji). Maximální

25

přenosová rychlost, které bylo moţné dosahovat na kabeláţích kategorie 3, byla 10 Mbit/s (protokol 10Base-T). Kategorie 5e Kategorie 5e je kategorie 5 rozšířená o definici Far End Crosstalk (FEXT) a Delay Skew. Tato kategorie byla tedy upravena tak, aby fungovala se standardem 1000BASET (gigabitový Ethernet), kategorie 5 (100BASE-T). Pouţívá se i pro hlasové sluţby. Poţadované vlastnosti poskytuje na 100 MHz a do 100 m. Rozlišují se parametry pro sdělovací kanál nebo pro horizontální (páteřní) kabel horizontální (páteřní) kabel – spojuje rozvodný uzel s vývodem sdělovací kanál

- přenosová cesta mezi dvěma

koncovými body. Obsahuje jak pevný kabel, tak dvě propojky mezi uzly. Kategorie 6a Navrţena pro gigabitové sítě a je zpětně kompatibilní (100 Mbit/s, 10 Mbit/s). Je to opět stíněná i nestíněná kroucená dvojlinka. Specifikace platí aţ do 250 MHz a do 100 m. Odstup šumu, přeslechy a útlum mají být opět niţší, neţ kategorie 5e. Kategorie 6a operuje na frekvenci 500 MHz, s příslušně sníţenými parametry útlumu a zpoţdění. Výzkumné práce na novém protokolu 10 Gigabit Ethernet ukázaly, ţe šířka pásma jako kritérium výkonnosti kabeláţe nepostačuje. Objevil se nový problém ve formě přeslechů mezi sousedícími datovými kabely ve svazku, blízkými porty v patch panelech a zásuvkách, který byl nově nazván Alien Crosstalk. Jakmile kabeláţ nesplní poţadavky i pro tento nový parametr, přenos dat při vysokých přenosových rychlostech selhává a to i při dostatečné šířce přenosového pásma. Proto pro 10 Gigabit Ethernet a rychlosti nad 1 Gbit/s byla roku 2006 zavedena úplně nová kategorie Cat.6a se šířkou pásma 500 MHz a s definovanou maximální hodnotou Alien Crosstalk. Od této chvíle se kategorie 6 a 7 staly v praxi nepouţitelnými, protoţe chybějící kritérium pro Alien Crosstalk je výkonnostně postavilo na úroveň kategorie 5E. Kromě nové kategorie 6a je tedy z původně zavedených kategorií vyuţitelná jen kategorie kategorie 5e, jelikoţ přeslechy mezi sousedními přenosovými prvky se při rychlostech do 1 Gbit/s ještě neprojevují. Na základě výše uvedených skutečností, kritériem výkonnosti kabeláţe přestala být šířka přenosového pásma, nahradila ji přenosová rychlost. Kategorie 7 Byla původně navrţena pro 10 gigabitové sítě. Návrh kabeláţe byl vydán ještě před specifikací 10BaseT a nebyl specifikován Alien Crosstalk. Je zpětně kompatibilní (1000, 100, 10 Mbit/s). V kabelu je kaţdá dvojlinka samostatně stíněna. Specifikace platí aţ do 500 MHz a do 100 m. Odstup šumu, přeslechy a útlum mají být opět niţší,

26

neţ u kategorie 6. Dosahuje se toho stíněním kaţdého páru zvlášť. Pokud se pouţijí koncovky GG45 (zpětně kompatibilní s RJ45) nebo TERA (podobá se mini FireWire nebo mikro USB), pracuje na frekvenci 600 MHz

Základní měřitelné parametry kroucené dvojlinky: Typický odpor 100 ohmů +/- 15 Nominální odpor 100 ohmů +/- 5 Elektrický odpor je fyzikální veličina, která označuje schopnost vodiče vést elektrický proud. Zpoždění signálu Z jednoho konce kabelu na druhý. Zpoţdění signálu u kabelu kategorie 5e se pohybuje kolem 5 ns na 1 m; povolený limit je 5,7 ns na 1 m – tj. 570 ns na 100 metrů. Kapacitance Při 800 Hz 52 pF/m kapacitance je zdánlivý odpor součástky s kapacitou (nejčastěji kondenzátoru) proti průchodu střídavého elektrického proudu dané frekvence. Induktance Zdánlivý odpor součástky s indukčností (nejčastěji cívky) proti průchodu střídavého elektrického proudu.

27

Obrázek 7: Parametry kroucené dvojlinky

(Zdroj: http://www.draka.com/draka/Countries/Draka_Norway/Languages/Norsk/Navigation/Produkt er/Datablader/Kategorikabel/NO_Cat_5_AWG_24_U_UTP_OUTDOOR.pdf)

Útlum odrazu (Returnioss) Rozdíl vstupní impedance od jmenovité hodnoty vytváří svůj vlastní útlum. Útlum (Attenuation) signálu Poměr výstupního a vstupního signálu, vyjádřeno v dB. NEXT Při přenosu prostupuje elektrický signál z jednoho páru do druhého. Chyba na bliţším konci vodiče od zdroje signálu je near-end crosstalk čili NEXT. Obrázek 8: NEXT

(Zdroj: http://www.signamax.cz/info.jsp?doc=5C48DFAC7571DD9CC125734C0068E61A&print=1)

28

FEXT Chyba, která se projevuje na konci na vzdálenější straně, se označuje jako far-end crosstalk – FEXT. Měří se pro všechny kombinace párů. FEXT závisí na délce vodiče a tím i na útlumu. Odstraněním vlivu útlumu dostaneme ELFEXT = FEXT – útlum. Obrázek 9: FEXT


29

ACR K doručení kvalitního signálu je třeba dosáhnout velkého rozdílu mezi efektivním signálem a signálem rušivým. Rušivý signál vzniká na jedné straně z přeslechu přilehlých linek a na druhé straně z externího EMC efektu. Hodnotu ACR určíme, pokud od zjištěné hodnoty NEXT odečteme útlum, čili ACR=NEXT-útlum. Obrázek 10: ACR


EMC Elektromagnetická kompatibilita představuje souhrn elektromagnetické indukce z externích zdrojů. Největší je vliv souběhu silnoproudých rozvodů. Elektromagnetická interference - EMI/RFI (EMI – electromagnetic interference; RFI – radio frequency interference) jsou šumy v signálu způsobené externími vlivy, jako jsou blesky, elektromotory nebo rádiové systémy. Kaţdý drát v kabelu se totiţ chová jako anténa a kromě absorbce elektrických signálů od okolních drátů v kabelu (crosstalk), absorbuje i signály z vnějších zdrojů. Cest, jak minimalizovat vliv EMI/RFI, je několik. Tou nejlevnější je výběr kvalitních kabelů a dodrţení doporučené vzdálenosti a postupů instalace. Dále jsou implementovány technologie pro předcházení (zabránění) vlivu

30

EMI/RFI. Jsou nazývány stínění (shielding) a potlačení (cancelation). Obě jsou diskutovány v sekci věnované rozdílům mezi stíněnými a nestíněnými kabely. (15) PS-NEXT Výkonový součet přeslechů. Určuje, kolik přeslechů signálu se v rámci jednoho kabelu dostává ze tří párů do zbývajícího čtvrtého páru. Zdroj signálu a měření přeslechu probíhá na stejném konci kabelu. (15) Obrázek 11: PSNEXT


PS-ELFEXT Přeslech, který se dostává do jednoho ze všech tří zbývajících. Měření probíhá na vzdáleném konci. Na odstranění vlivu délky kabelu se od ELFEX odečítá útlum. PS-ACR Rozdíl mezi efektivním signálem a signálem rušivým pro přeslechy ze tří zbývajících párů PS-ACR=PS-NEXT-útlum. DELAY SKEW Určuje rozdíl zpoţdění signálu na nejrychlejším a nejpomalejším páru. Na parametr Delay Skew má vliv – (1.) rozdílná délka párů; (2.) odlišnosti v materiálu (odpor, impedance atd.); (3.) působení okolního rušení. Pokud je rozdíl příliš velký, můţe dojít k chybné interpretaci dat v aktivním prvku. Stejně jako u PSNEXTu a PSELFEXTu je i parametr Delay Skew kritický pro protokoly, které pouţívají pro přenos signálu všechny čtyři páry.

31

Obrázek 12: Delay skew


32

6.

Optické sítě

Optické vlákno se skládá s plně transparentního jádra s indexem lomu n1, které je obklopeno pláštěm s indexem lomu n2. Nutnou podmínkou je, aby index lomu jádra byl větší neţ index lomu pláště. Jako médium se pouţívá optické nebo plastové vlákno o velikosti desítek mikrometrů. Pouţívají se pro páteřní spoje. Hlavním důvodem je vysoká vzdálenost, která můţe být mezi 2 aktivními prvky a také kvalita a rychlost přenosu na velké vzdálenosti. Nevýhodou je náročnost instalace a cena koncových prvků. V poslední době se ceny zařízení i kabelů sbliţují s metalickými systémy. Prakticky celý páteřní internet je tvořen optickými sítěmi. Také podmořský kabel spojující Evropu s USA je optický kabel s velkým mnoţstvím optických vláken.

6.1. Optický kabel – optické vlákno (Optical fiber) Vlákno se skládá z jádra (dopované křemenné sklo) a funkční ochrany (křemenné sklo). Index lomu vyjadřuje poměr rychlosti šíření světla v různých prostředích. Světlo se pohybuje nejrychleji ve vakuu.

Rychlost světla ve vakuu je asi 300 milionů metrů

za sekundu. Index lomu se vypočítá vydělením rychlosti světla ve vakuu rychlostí světla v hmotném prostředí. Běţná hodnota indexu pláště optického vlákna je 1,46. Typická hodnota pro jádro je 1,48. Čím větší je index lomu, tím pomaleji se světlo pohybuje v daném prostředí. Na rozhraní látek, s různým indexem lomu, dochází k odrazu světla. Při úhlu dopadu menším neţ je mezní úhel, dochází k totálnímu odrazu. Variantou rozloţení indexu lomu jsou tzv. gradientní vlákna. Útlum u dlouhých vlnových délek se nazývá tzv. infračervená absorpce, u opačné části spektra absorpce vlivem Rayleightova rozptylu (rozptyl na částicích hodně menších neţ je vlnová délka světla. Lokální maxima jsou absorpcí na OH- iontech. Základním účelem primární ochrany je zabránění vlivu vlhkosti. Oblast kolem 850 nm se pouţívala dříve, dnes se pouţívá u mnohavidových vláken pro přenos na krátké vzdálenosti. Oblast u 1300 nm se pouţívá u jednovidových vláken na dálkové přenosy. Nevýhodou je větší útlum, výhodou menší citlivost útlumu na ohyb vlákna. Oblast 1550 nm je nejvíce pouţívána pro přenosy na dlouhé vzdálenosti, protoţe má nejmenší útlum na metr vzdálenosti (0,2 dB/m).

33

Vícevidová (mutlimode-MM) Obrázek 13: Princip šíření světla v optickém kabelu – multimod


Paprsek se šíří jádrem s více úhly a má různé dráhy. Dochází k rozptylu světelného výkonu v čase - vidová disperze. Index lomu má zpravidla gradientní průběh. Hlavní výhodou gradientního vlákna je omezení počtu vidů při zachování průměru jádra (coţ je výhodné pro snazší spojování). Vícevidová vlákna pouţívají dva průměry jádra: 62.5/125 µm (průměr jádra/funkční ochrany) 50/125 µm - lepší vlastnosti: větší vyuţitelná šířka pásma, menší útlum. Numerická apertura je sin maximálního úhlu, pod kterým můţe paprsek do vlákna vstoupit, aby se šířil dále. Jako zdroje světla se pouţívají LED Diody, které mají určitý rozsah vlnových délek, které se šíří různou rychlostí a dochází k dalšímu rozmazání signálu – chromatická disperze Vlákna pracují v oblastech 850 nm a 1300 nm. Charakteristické parametry 50/125 µm 850 nm: optický útlum dB/km šířka pásma MHz*km numerická apertura

<2,4 (limit 3,5) <1000;

1300 nm: <0,6 (limit 1,5) <1500 0,20

34

62/125 µm 850 nm:

1300 nm:

<2,7 (limit 3,5) <0,6 (limit 1,5) <300 <1000 0,275

Jednovidová (singlemod-SM) Obrázek 14: Princip šíření světla v optickém kabelu – singlemod


Sníţením průměru jádra se sníţí počet vidů, tím se omezí vidová disperze a je moţnost pouţití větších frekvencí. Pouţití pro páteřní telekomunikační trasy (aţ 70 km bez opakovačů). Průměr jádra okolo 9 µm. Zdroj záření laser. Charakteristické parametry: oblast 1310 nm optický útlum dB/km chromatická disperse ps/(nm*km)

oblast 1500 nm

<0,35 <3,5

<0,22 <18 .

6.2. Měření optických vláken Měření optických vláken má svá specifika, především je důleţité, ţe měření dává hodnotu blízkou "skutečné" hodnotě. Principem je měření poklesu signálu po průchodu kabelem a porovnání s referenčním kabelem. Základním problémem je změření za standardních podmínek, velikosti vstupního signálu a tvarem optického signálu, který bude odpovídat provozním podmínkám. Měření jsou závislá na čistotě konektoru jak měřené trasy, tak referenčního kabelu.

35

Laser, jako zdroj signálu, je vhodný pro jednovidová vlákna. Stačí drobná odchylka od vlnové délky provozního laseru a změří se rozdílné hodnoty. U vícevidových vláken se pouţívají LED diody, které mají široký spektrální výkon, tj. směs vlnových délek s různou intenzitou. Naměřená ztráta je součet ztrát všech vlnových délek. Různými LED můţeme změřit různé ztráty. Na krátké vzdálenosti jsou rozdíly malé. Větší problém je šíření různých módů vláknem. Laserové světlo se vícevidovým vláknem šíří jinak neţ LED, viz. Obrázek 15. Laser prochází módy blízko jádra a tím i kratší dráhou. Laser se méně zeslabí neţ LED, rozdíl můţe být 1-2 dB/km. Pro standardizování zdroje na měření se filtrují módy vyšších řádů. Pouţívají se předřazená vlákna, která jsou navinuta na trn. Obrázek 15: Průchod různých zdrojů (gradientním) vláknem

(Zdroj: http://thefoa.org/tech/ref/testing/accuracy/accuracy.html)

Důleţitou sloţkou, která ovlivňuje ztrátu v kabelu, je vstup světla přes konektor do vlákna. To ovlivňuje způsob referenčního měření. Existují tři způsoby metody A, B, C, podle toho, jestli se k měření pouţívají 1, 2 nebo 3 kabely. Liší se v tom, jak se definuje 0 dB. Kaţdý způsob referencí dává jiné výsledky.

36

Jeden kabel mezi zkušební zdroj a měřič výkonu Obrázek 16: Metoda měření B – jeden kabel

(Zdroj http://thefoa.org/tech/ref/testing/5ways/fiveways.html)

Porovnává se měřený kabel s refenčním. Do měření se nezapočítávají koncové konektory. Měřicí přístroj změří světlo, které vychází z vlákna. Nula je kalibrována přímo na referenční kabel. Dva kabely Obrázek 17: Metoda měření A

(Zdroj: http://thefoa.org/tech/ref/testing/5ways/fiveways.html)

37

Referenční kabel zůstává součástí měřené trasy. Podmínkou jsou stejné konektory. Tři kabely Obrázek 18: Metoda měření C

(Zdroj http://thefoa.org/tech/ref/testing/5ways/fiveways.html)

Pokud jsou konektory na trase jiné neţ v měřících přístrojích, pouţívají se dva referenční kabely. Optický refrektometr OTDR Principem měření je vyslání paprsku z jednoho konce kabelu a měření zpět odraţeného rozptylového světla. Obrázek 19: Měření pomocí optického refrektometru


Konektor na vzdáleném konci nejde změřit, proto se na konec přidává další vlákno. Podobný problém je na začátku, protoţe po dobu impulsu světlo urazí určitou vzdálenost. Na začátek se přidává předřadné vlákno, které umoţní změřit i blízký konec trasy.

38

Obrázek 20: Příklad měření OTDR


Na Obrázku 23 je příklad výstupu z OTDR. Směrnici v rovných částech charakterizuje útlum na vlákně. Skoky dolů ukazuje na událost na vlákně. Např. ostrý ohyb, nebo jiná porucha se projeví poklesem dolů. Na obrázku je typické zobrazení konektorů. Maxima nemají význam pro měření. Ztráta na konektorech se určí rozdílem prodlouţení přímých částí. Porovnání jednotlivých metod měření

Zkušební metoda

Výsledky, ztráta v dB, směrodatná odchylka

1 kabelová reference 2 kabel reference 3 kabelová reference OTDR samotného kabelu

2,96 dB, +/-0,02 dB 2,66 dB, +/-0,2 dB 2,48 dB, +/-0,24 dB 1,91 dB / 2,05 dB (reverzní směr)


Z porovnání vychází nejniţší hodnoty měřením OTDR. Nejvyšší hodnota je s referencí jednoho kabelu, ale zároveň s nejmenším směrodatnou odchylkou. Všechna měření mohou být závislá na směru tak, jak je uvedeno u OTDR. Toto je způsobeno nepřesnostmi průměru jádra různých vláken (myslí se tím stejné nominální hodnoty). Pouţití OTDR na vícevidová vlákna trpí pouţitím laseru, protoţe má jiné vlastnosti šíření. Více se šíří ve středu jádra a nepoţívá k měření všechny módy, které se vláknem mohou šířit Závěrem je nutno konstatovat, ţe měření optických vláken v běţných podmínkách je zatíţeno chybou. Je nutno přesně uvést podmínky, za jakých byla měření provedena.

39

7.

Bezdrátové sítě

V dnešní době nejvíce se rozvíjející segment počítačových sítí. Existují volná pásma (bezlicenční), v kterých můţe kdokoliv provozovat zařízení, pokud dodrţí platné předpisy, především výši vysílaného výkonu. Bezdrátové sítě fungují standardně na principu master-klient. To znamená, ţe existuje vysílač, na který jsou připojeni ostatní klienti. Není moţno, aby se na klientskou stanici připojil další klient. Speciální variantou je WDS systém, ve kterém není ţádná master jednotka, ale stanice se mohou propojovat mezi sebou. Nevýhodou tohoto systému je neustálá komunikace všech stanic mezi sebou, podobně jako v případě nepřepínané sítě. Pro provoz na těchto technologiích je potřeba, na rozdíl od Wimax, přímá viditelnost mezi jednotlivými body sítě.

7.1. Volná pásma Tyto standardy jsou určeny pro běţné uţivatele. Vzhledem k ceně aktivních prvků se Wi-Fi sítě velmi rychle rozšířily a dnes jsou ve většině nově prodaných zařízení. Celosvětově jsou jako volná pásma definovány frekvence 2,4 GHz a 5,3-5,8 GHz. V České republice do této kategorie spadá ještě pásmo 10,5 GHz a 80 GHz. V případě 10,5GHz je to výjimka do roku 2012. Tyto vysoké frekvence se pouţívají především pro páteřní bezdrátové spoje na velké vzdálenosti. Na frekvenci 80GHz je nutné ohlášení na Českém telekomunikačním úřadu (ČTU), který kontroluje dodrţování platných předpisů, především výši vysílaného výkonu a nezasahování do ostatních pásem neţ povolených. Nevýhodou těchto volných pásem je narůstající úroveň rušení, kdy je provoz ve venkovních prostorech stále náročnější, coţ se projevuje především sníţenou kvalitou bezdrátových spojů v bezlicenčních pásmech. Čím vyšší je vysílací frekvence, tím náročnější je výroba vysokofrekvenčních součástek. S rostoucí frekvencí roste cena zařízení. Na vyšších frekvencích spoje umoţnují přenášení vyšších datových toků. Samozřejmě ještě záleţí na modulaci signálu a šířce pouţitého pásma. Na frekvenci kolem 10 GHz standardně spoje dokáţí přenést stovky Mbit/s. Na frekvenci 80 GHz jiţ dnes existují spoje s rychlostí aţ 1 Gbit/s. Všechna zařízení montovaná do spotřební elektroniky operují v bezlicenčních pásmech s poměrně nízkou úrovní vysílaného výkonu, aby nebyly neporušovány platné předpisy telekomunikačních úřadů.

40

7.2. Modulace signálu bezdrátových sítí DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Modulace přímého rozprostřeného spektra. Kaţdý jednotlivý bit určený k přenosu je nahrazen početnější sekvencí bitů. Tímto vzniká redundance přenášených dat, která poskytuje spoji větší odolnost vůči rušení. OFDM (Orthogonal Frequency Divison Multiplexing) Širokopásmová modulace vyuţívající dělení kanálu na větší mnoţství dalších frekvencí. Tímto se dosahuje ještě větší odolnosti vůči rušení neţ u DSSS. OFDM modulace se například také pouţívá u ADSL.

7.3. Normy bezdrátových sítí Níţe jsou popsány nejběţnější a nejpouţívanější normy bezdrátových sítí pouţívaných v Česku. Jedná se pouze o normy, které spadají do volných pásem. 802.11b/g Norma definovaná v roce 1999 na frekvenci 2,4 GHz. Pro tuto normu je definováno 13 kanálů se šířkou 22 MHz, které se navzájem překrývají. 802.11b Norma s maximální rychlostí přenosu 11 Mbit/s half-duplex, reálná přenosová rychlost v jednom směru 5,5 Mbit/s. Tato norma pouţívá modulaci signálu DSSS. 802.11g Maximální rychlost přenosu 55 Mbit/s half-duplex, reálná přenosová rychlost v jednom směru 20 Mbit/s. Tato norma se pouţívá především uvnitř budov pro zapojení domácích sítí. Tato norma jiţ vyuţívá modulaci OFDM.

41

Tabulka zobrazující frekvence jednotlivých kanálů a jejich překryv Kanál

Prostřední frekvence

Šířka kanálu

1

2,412 GHz

2,401-2,423

2

2,417 GHz

2,406-2,428

3

2,422 GHz

2,411-2,433

4

2,427 GHz

2,416-2,438

5

2,432 GHz

2,421-2,443

6

2,437 GHz

2,426-2,448

7

2,442 GHz

2,431-2,453

8

2,447 GHz

2,436-2,458

9

2,452 GHz

2,441-2,463

10

2,457 GHz

2,446-2,468

11

2,462 GHz

2,451-2,473

12

2,467 GHz

2,456-2,478

13

2,472 GHz

2,461-2,483

V tabulce je zobrazen překryv jednotlivých kanálů. Reálně zabírá kaţdý kanál další 4 kanály kolem sebe (2 kanály nahoru a 2 kanály dolů). 802.11a Norma definovaná v roce 1999 na frekvenci 5 GHz. Pro tuto normu je definováno 52 kanálů se šířkou 20 MHz, které se navzájem na rozdíl od 802.11b nepřekrývají. Modulace signálu je jiţ OFDM. První zařízení pro tuto normu se začali objevovat v roce 2001, ze začátku bránila většímu rozšíření cena zařízení, v současné době se ceny zařízení pohybují kolem 1 000 korun.

42

Tabulka zobrazující frekvence jednotlivých kanálů Kanál

Prostřední frekvence

96

5480 GHz

100

5500 GHz

104

5520 GHz

108

5540 GHz

112

5560 GHz

116

5580 GHz

120

5600 GHz

124

5620 GHz

128

5640 GHz

132

5660 GHz

136

5680 GHz

140

5700 GHz

802.11n Norma definovaná v roce 2007 pro frekvence 2,4 GHz a 5 GHz. Byla vytvořena z důvodu zvýšení propustnosti norem 802.11g a 802.11a. Teoretická propustnost je aţ 600mbit/sec. Je definována na stejných kanálech jako normy 802.11g a 802.11a. Umoţňuje rozšíření kanálu aţ na 40 MHz pro zvýšení propustnosti. Dnes reálné rychlosti na normě 802.11n dosahují aţ 100 Mbit/sec. Také byla poprvé na 802.11n definována nová technologie MIMO (multiple-in multiple-out). MIMO umoţňuje pouţití 2x2 antén, opět pro zvýšení propustnosti spoje. MIMO počítá s vyuţitím 40MHz šíře kanálu. Na frekvenci 2,4 GHz to znamená pouţití poloviny celého vyuţitelného pásma, takţe v reálném provozu bude docházet k silnému rušení. Z tohoto důvodu norma 802.11n má největší vyuţití na frekvenci 5GHz.

Problém rušení meteorologických radarů monitorujících srážkovou činnost V souvislosti s provozem na frekvenci 5 GHz se vyskytl problém s rušením meteorologických radarů, které monitorují sráţkovou činnost. ČTU ukládá provozovatelům, kteří vysílají na stejné frekvenci jako meteorologické radary, svůj provoz přeladit na jinou frekvenci, ovšem rušení je i přesto tak časté, ţe ČHMÚ pro trvalou nespokojenost s rušením radarových měření, vyzkoušel přeladit své radary. Bohuţel po přeladění radarů se problém s rušením vyskytoval i nadále.

43

Obrázek 21: Příklad zobrazení srážkové činnosti v ČR bez rušení rádiovými spoji

(Zdroj: http://www.comtel.cz/cz/upload/publikace/28.pdf)

Obrázek 22: Příklad zobrazení srážkové činnosti při rušení rádiovými spoji

(Zdroj: http://www.comtel.cz/cz/upload/publikace/28.pdf)

44

Jednou z moţností řešení je opět zakázat pásmo okolo frekvencí, na kterých operují meteorologické radary a ponechat je strategicky pouze pro ČHMÚ. Komerční majitelé a provozovatelé bezdrátových spojů však od roku 2005 investovali do nových technologií mnohamilionové částky a navíc případné řešení má mezinárodní souvislosti. Posunout řešení tohoto problému na úroveň Mezinárodní telekomunikační unie není nic snadného. Jinou moţností je na straně provozovatelů pouţít systém, který bude pracovat na principu světelného paprsku. Výhodou je téměř konstantní přenosová rychlost a velmi dobrá odolnost proti rušení okolní komunikací a rovněţ teoretická nemoţnost rušení ostatních spojů. Problémem je nutnost viditelného spojení (např. hustá mlha či déšť mohou optický přenos přerušit) a dále nutnost investic ze strany majitelů a provozovatelů komunikačních sítí a také náročnost instalace a poţadavky na robustnost zařízení. Dále existuje moţnost eliminovat negativní vliv bezdrátových spojů na radarová měření pomocí matematického zpracování radarových snímků. To by znamenalo automaticky zpracovat kaţdý radarový snímek, detekovat negativní jevy a po jednom je eliminovat.

7.4. Licencovaná pásma Licencovaná pásma se často vyuţívají pro stavbu páteřních spojů, z důvodů rušení spojů ve volných pásmech. Pro získání moţnosti vysílat v licencovaném pásmu je nutno zaţádat u ČTU (Český telekomunikační úřad) o přidělení pásma a platbu pravidelného poplatku za vyuţívání licencovaného pásma. V licencovaném pásmu není problém s rušením, protoţe kaţdý spoj je registrován u ČTU, který dohlíţí na dostatečnou šíři pásma, aby spoje nebyly rušeny. Do licencovaných pásem spadají například frekvence 3,5 GHz, 11 GHz, 24 GHz nebo 38 GHz a další.

7.5. WiMax Norma, která specifikuje technologii WiMax se označuje jako 802.16. V dnešní době je dosah omezen na cca 40-70 kilometrů s propustností aţ 70 Mbit/s. Masivnímu rozšíření zatím brání různorodost zařízení a cena pořízení základnové stanice, která se pohybuje v řádech milionů korun. Wimax je technologie přenosu, která je nezávislá na frekvenčním pásmu. Lze ji provozovat na licencovaných i volných pásmech. Pouţívá modulaci OFDM.

45

Vývoj a certifikování jednotlivých produktů pro WiMax technologie má na starosti nezisková organizace WiMax Forum. S provozem WiMax technologie se počítá v pásmech 2,4-2,7 GHz, 3,5 GHz, 5,3-5,8 GHz a 10,5 GHz.

7.6. Zabezpečení bezdrátových sítí Vzhledem k tomu, ţe není moţno omezit dosah bezdrátové sítě. K síti se můţe připojit kdokoliv v dosahu signálu, vznikla potřeba zabezpečit bezdrátovou síť proti jejímu zneuţití. Existuje několik moţností, jak zabezpečit bezdrátovou síť. Tyto moţnosti lze mezi sebou také kombinovat pro dosaţení nejvyšší míry ochrany proti zneuţití sítě. Existují 3 základní moţnosti zabezpečení bezdrátových sítí. První moţností je zákaz vysílání ESSID (název sítě viditelný při prohledávání okolních sítí). Tento způsob v podstatě není reálným zabezpečením, protoţe síť své ESSID stále zobrazuje, ale pouze v krátkých intervalech. Tento způsob můţe pomoci odradit nezkušené uţivatele od zneuţití sítě. Druhá varianta zabezpečení je na úrovni filtrace MAC adresy zařízení připojeného do sítě (MAC je jedinečný identifikátor kaţdého síťového zařízení, který u jakýchkoli dvou zařízení není stejný). Toto zabezpečení zakáţe přístup zařízení, která mají MAC adresy odlišné od seznamu povolených MAC. Ani toto zabezpečení není stoprocentní, protoţe existují programy, které umoţňují změnu MAC adresy zařízení. Poslední variantou zabezpečení bezdrátových sítí je moţnost nastavení šifrování sítě pomocí šifrovacího algoritmu. Existuje několik základních typů šifrování. WEP (Wired Equivalent Privacy – soukromí ekvivalentní drátovým sítím) Zastaralý typ zabezpečení definovaný v roce 1997. Stále je pouţíván, ale v roce 2001 byl, kvůli nedostatkům, prolomen. Pasivním odposloucháváním sítě bylo moţno vypočítat šifrovací klíč. Bylo několik pokusů vylepšit tento šifrovací algoritmus, např. WEP+ nebo WEP2, ale tyto algoritmy stále neposkytovaly vyšší úroveň bezpečnosti sítě, pouze prodlouţily dobu na prolomení šifry. Dalším nástupcem vycházejícím z WEP byl šifrovací algoritmus WPA, ale i tento šifrovací algoritmus byl časem prolomen z důvodu nedostatků samotného WEP. Konečným následníkem se stalo šifrování WPA2. WPA2 (Wi-Fi Protected Access II – zabezpečený přístup Wi-Fi) Nový typ šifrovacího algoritmu definovaný v roce 2004, který nahradil původní šifrování WEP a také WPA. WPA2 vyuţívá nový, zatím neprolomený, typ šifrování.

46

WPA2 mělo z počátku problémy s kompatibilitou, starší systémy Windows a MacOS. V dnešní době podporují všechna nová zařízení a operační systémy šifrovací algoritmus WPA2. Nejlepšího moţného zabezpečení bezdrátové sítě lze dosáhnout kombinací prvních dvou variant zabezpečení v kombinaci s šifrováním WPA2.

7.7. Měření bezdrátových sítí Vzhledem k tomu, ţe se bezdrátové spoje mohou realizovat i na vzdálenosti několika kilometrů, je vhodné před instalací bezdrátového spoje provést měření signálu. Toto měření dokáţe před samotnou instalací odhalit moţné problémy, které by spoj mohl mít, případně rozhodnout o nerealizaci celého spoje. Existuje specializovaný software, pomocí kterého je moţno měření provést, případně je moţno provést měření spektrometrem, který provádí měření na úrovni frekvence. Výstupem z měření je standardně odstup signál/šum. Pro kaţdou frekvenci a normu je vyţadována jiná úroveň signálu. Samozřejmě je moţno teoretickou úroveň také spočítat ze vstupních parametrů. Pokud se výsledek měření příliš odchyluje od změřených hodnot, je moţno předpokládat, ţe se v cestě vyskytuje nějaká překáţka a bude nutno spoj zrealizovat jinak. Obecně je moţno definovat, ţe čím větší je signál, tím větší rychlosti bude moţno na daném spoji dosáhnout.

47

8.

Typy počítačových sítí

Počítačové sítě je moţno dělit podle velikosti, případně jejich rozsahu a vzdálenosti spojení nebo také podle typu propojení uvnitř sítě. Podle rozlohy dělíme sítě na LAN, MAN a WAN. Další dělení je moţné na základě vyuţití sítě - VLAN nebo dle typu pouţitého přenosového média - WLAN.

8.1. Local Area Network - LAN Lokální počítačová síť se vyznačuje tím, ţe počítače jsou propojeny na menším geografickém území (tedy v rámci firmy, budovy, místnosti, apod.). V rámci LAN se nejvíce pouţívá přepínaný Ethernet nebo WiFi (802.11a/b/g/n). Infrastruktura je většinou tvořena metalickými kabely a případně optickou páteří. LAN můţe být samostatná síť, která propojuje řadu zařízení, ale v dnešní době je většinou propojena do Internetu, tedy WAN sítě. V minulosti se pro LAN řešení pouţívali technologie ARCNET nebo Token Ring, ale v současnosti jsou nahrazovány Ethernetem přes kroucenou dvojlinku nebo Wi-Fi.

8.2. Metropolitan area network - MAN Síť, která spojuje jednotlivé LAN, ale nepřekračuje hranice města či metropolitní oblasti, se označuje jako metropolitní síť - MAN. V rámci MAN se často pouţívá bezdrátové spojení nebo optická vlákna. MAN můţe být vlastněna jednou organizací, ale většinou se jedná o propojení několika nezávislých objektů. Můţeme mít například několik poboček firmy v jednom městě propojených do MAN sítě. (14) Metropolitní síť můţe být například postavena na protokolu DQDB (Distributed Queue Dual Bus), který je zaloţena na technologii ATM. Jedná se o standard, pro datovou komunikaci, který je definován jako IEEE 802.6. Tyto sítě mohou být stavěny do vzdáleností 30 km a pracují na rychlostech 34-155 Mbit/s. V současnosti je ATM technologie na ústupu a nahrazuje ji Ethernet.

48

8.3. Wide Area Network - WAN WAN je komunikační síť, která pokrývá rozsáhlé území, jako je spojení zemí nebo kontinentů. Obecně můţeme říct, ţe jednotlivé LAN a MAN sítě se propojují přes WAN síť. Nejznámější WAN sítí dneška je Internet.

8.4. Virtual Local Area Network – VLAN Virtuální LAN je obdobou klasické lokální sítě s tím, ţe LAN závisí na fyzickém uspořádání a propojení, kdeţto VLAN vzniká logicky uvnitř fyzické sítě. Vyuţití VLAN je v současné době nejvíce rozšířeno mezi firmami. Umoţňuje uţivatelům sítě propojení dovnitř firemní LAN na velké vzdálenosti prostřednictvím Internetu nebo jiné sítě.

8.5. Wireless Local Area Network - WLAN Bezdrátová lokální síť je opět obdobou běţné LAN, ale jednotlivé prvky nejsou fyzicky propojeny drátem (metalickou či optickou technologií), ale jsou propojeny bezdrátově. Pro přenos dat se vyuţívají bezdrátové technologie. Výhoda bezdrátových sítí je jasná pro mobilní zařízení. Nevýhodou je například to, ţe se špatně omezuje šíření signálu a případný útočník nemusí získat přímo fyzický přístup k zásuvce, jako v případě drátových sítí.

49

9.

Stavba počítačových sítí

Tato kapitola popisuje koncept počítačové sítě (LAN) s rozebranými variantami moţnosti připojení k Internetu. Koncepce firemních sítí bývá rozdělena do 3 částí: páteřní rozvod mezi budovami, v budovách vertikální rozvod mezi patry a horizontální rozvody po jednotlivých patrech s připojením jednotlivých zařízení. U všech uvedených částí se pouţívá hvězdicová topologie vzhledem ke správě sítě. Pro stavbu sítě uvaţujeme malou síť o desítkách počítačů. Počítače jsou u místěny ve 2 budovách. Sítě v budovách jsou rozděleny na vertikální (propojení pater) a horizontální rozvod (propojení stanic v rámci jednoho patra). Budovy jsou od sebe vzdáleny cca 500 metrů. Budovy jsou propojeny páteřním rozvodem. Pro propojení budov, vzhledem ke vzdálenostem, jsou k dispozici varianty propojení pomocí optického kabelu nebo bezdrátového spoje (předpokladem je přímá viditelnost). Pro vertikální rozvod (propojení pater) je vhodné pouţít optický nebo metalický kabel. Horizontální rozvod (zapojení jednotlivých stanic) předpokládá vyuţití metalického kabelu. Budova A má 2 patra a je z centrálního bodu připojena k Internetu. Budova B je třípatrová a je propojena páteřním rozvodem do centrálního bodu sítě v budově A. Na telekomunikačních vývodech (TO) můţe být připojeno koncové zařízení. Na jednotlivých patrech můţe být připojeno více stanic (obrázek 23 zobrazuje pouze schématicky 3 připojené stanice).

50

Obrázek 23: Schématické zobrazení sítě

(Zdroj: Vlastní úprava)

Legenda k obrázku 23: Telekomunikační vývod (TO) Rozvodový uzel podlaţí (FD) Rozvodový uzel budovy (BD) Rozvodový uzel areálu (CD) Rozhraní veřejné sítě – Internet Horizontální kabel Vertikální kabel budovy Páteřní kabel areálu

51

Kaţdé zařízení připojené v síti musí mít přidělenu IP adresu. Je moţno pouţít veřejné IP adresy. Vhodnější je pouţití adres, které se v Internetu nevyskytují. Jako moţné varianty se nabízejí 3 adresní rozsahy: 10.0.0.0 aţ 10.255.255.255 (celkem 16 777 216 adres, 1 x 16 777 216) 172.16.0.0 aţ 172.31.255.255 (celkem 1 048 576 adres, 16 x 65536) 192.168.0.0 aţ 192.168.255.255 (celkem 65 536 adres, 256 x 256) IP adresy je moţno počítačům přidělit automaticky pomocí nastavení sluţby DHCP nebo ručně nastavením adresy na kaţdém počítači. V síti se ţádná IP adresa nesmí opakovat, vţdy se liší poslední číslice adresy. Adresace se ještě upravuje dle pouţitých zařízení.

9.1. Možnosti propojení budov Je potřeba rozhodnout jaké bude mít společnost nároky na propojení budov. Dále také rozhodnout jaké parametry budou pro spojení určující. Zda bude hlavním parametrem cena nebo kvalita spojení, případně spolehlivost daného řešení. Nebo také kombinace některých nebo všech výše zmíněných parametrů.

Bezdrátové propojení budov Uvaţované varianty jsou technologie pracující na normě 802.11n na frekvenci 5 GHz. Norma 802.11n poskytuje dostatečnou propustnost (aţ 100 Mbit/s) a cena řešení je v řádu jednotek aţ desítek tisíc Kč. Pouţití zařízení pracujících na frekvenci 2,4 GHz (norma 802.11n) není vhodné z důvodu niţší propustnosti a niţší odolnosti proti rušení. Ostatní normy jako 802.11a, 802.11b nebo 802.11g nejsou uvaţovány vzhledem k výrazně niţší propustnosti spoje. Klady řešení bezdrátovým spojem oproti optickému propojení: Snadná instalace spoje. Nízké náklady na zřízení. Moţnost realizace spoje mezi 2 body kde je přímá viditelnost. Zápory řešení bezdrátovým spojem oproti optickému propojení: Niţší rychlost spojení. Rychlost odezvy u bezdrátového spoje se pohybuje v řádech ms na rozdíl od kabelového spojení, kde je rychlost odezvy v řádu setin aţ desetin ms. Problémem bezdrátového spoje je ohroţení kvality přenosu rušením a povětrnostními vlivy.

52

Při zásahu blesku do budovy existuje vysoká pravděpodobnost poničení spoje, případně poškození aktivních prvků připojených na spoj. Je moţno prvky osadit bleskojistkami, které eliminují výši škody při zásahu bleskem, ale neposkytují 100% ochranu.

Závěr k řešení pomocí bezdrátového spoje Instalace bezdrátového spoje je snadná, takţe při poţadavku na rychlou realizaci je řešení pomocí bezdrátového spoje ideální variantou. Rychlost a kvalita přenosu, které nabízí bezdrátová síť, nemusí vzhledem k propustnosti a odezvě postačovat. Při vyšších nárocích na spojení je vhodná instalace optického spoje.

Optické propojení budov Pokud by se realizovalo propojení přes pozemky vlastněné cizím subjektem, bylo by nutné vyřešit právní otázky ohledně věcného břemene. Při instalaci pod zem by bylo nutno hradit výkopové práce. Nejjednodušší varianta je instalace na závěsu. Pokud by se spojení realizovalo závěsem, je moţno pouţít samonosný optický kabel. Případně je moţno udělat trasu pro kabel pomocí venkovních kovových ţlabů pro vedení kabeláţe. Jakákoliv venkovní instalace počítá s pouţitím kabelu pro venkovní pouţití. Na konci kabelu je přivařen pigtail, který je následně zapojen do optického konvertoru nebo přepínače s optickým portem. Pro propojení budov je vhodné pouţít singlemode z důvodu moţnosti dalšího rozvoje sítě. U multimode se zvyšující rychlostí klesá moţná vzdálenost spoje. Při nárůstu rychlosti, případně připojení dalšího objektu by bylo nutno měnit kabeláţ, případně kombinovat různé technologie. Výhody optického propojení budov oproti bezdrátovému propojení: Nejvyšší kvalita spojení. Rychlost aţ 100 Gbit/s, full-duplexní spojení. V případě optického spoje není problém s rušením jako u bezdrátového spoje. Odolnost vůči počasí a případným úderům blesků. Nevýhody optického propojení budov oproti bezdrátovému propojení: Náročnější instalace. Vyšší cena.

Závěr k řešení pomocí optického spoje Montáţ optické trasy je náročnější neţ instalace bezdrátového spoje, navíc je potřeba pouţití specializovaných přístrojů na sváření kabelů, takţe lze předpokládat, ţe cena za

53

instalaci optické sítě bude výrazně vyšší neţ u bezdrátového spoje. Optická síť dokáţe nabídnout nejvyšší moţnou kvalitu spojení.

Závěr k propojení budov Pokud je moţno propojit budovy pomocí optického kabelu jedná se o nejlepší variantu, především kvůli stabilitě, rychlosti a kvalitě spoje, ale jedná se o draţší variantu, z důvodu instalačních nákladů i nákladů na zařízení a kabeláţ. Pokud by nebylo moţno realizovat spojení pomocí optického kabelu, nabízí se varianta řešení pomocí bezdrátové sítě, která neposkytuje stejnou kvalitu a rychlost přenosu jako optická síť, ale instalace tohoto řešení je snadnější. Bezdrátovou variantu je moţné také pouţít jako zálohu pro optickou trasu.

9.2. Zapojení uvnitř budov Vertikální rozvody v budovách jsou rozděleny do několika rozvaděčů, pro kaţdé patro je vlastní rozvaděč (FD). Rozvod je omezen maximální délkou kroucené dvojlinky (100 metrů včetně patch kabelů). Pokud by bylo potřeba propojit rozvaděče na vzdálenosti delší, je vhodné zvolit variantu optického rozvodu. Stále je zachována hvězdicová topologie, všechny rozvaděče jsou zapojeny do centrálního bodu (BD). Na vertikální rozvody jsou vyšší nároky na rychlost, takţe je optimální zvolit technologii, která můţe dosáhnout vyšších rychlostí. Je moţno pouţít optické nebo metalické rozvody (kategorie 6a nebo 7a), které umoţňují dosáhnout rychlosti aţ 10 Gbit/s. Pro horizontální rozvod je moţné pouţít kabeláţ kategorie 5e nebo 6a s ohledem na budoucí rozvoj sítě. Cenový rozdíl mezi kabeláţí kategorie 5e (rychlost aţ 1 Gbit/s) a 6a je zhruba 3 násobný (cena za 1m u 5e je 4,6 Kč, cena za 1m u 6a je 11,3 Kč). Cena zásuvek kategorie 6a je zhruba 2 násobná oproti 5e. Právě díky ceně jsou dnes nejpouţívanější prvky kategorie 5e.

54

Obrázek 24: Zobrazení patra jedné z budov

(Zdroj: Vlastní úprava) Obrázek 24 zobrazuje jedno patro budovy se zakreslenými telekomunikačními vývody (TO). Ke kaţdému vývodu vede kabel, v plánu jsou zmíněny dvojzásuvky, takţe pro kaţdou zásuvku jsou přivedeny 2 kabely. Rack je rozvaděč do kterého jsou svedeny všechny kabely z podlaţí a obsahuje také aktivní síťové prvky. Pro potřeby pokrytí vnitřního prostoru bezdrátovou technologií je ideální zvolit technologii pracující na frekvenci 2,4 GHz (moţné normy 802.11n nebo 802.11g) díky lepší prostupnosti materiálem neţ 5 GHz technologie. Pokud by na pokrytí prostoru nestačilo jedno bezdrátové zařízení, bylo by potřeba pouţít více zařízení pro pokrytí celého objektu. Pokrytí budov bezdrátovým signálem je potřeba změřit před zahájením provozu měřením, tak aby byla úroveň signálu dostatečná pro provoz v prostorech, kde se předpokládá pouţití klientských bezdrátových zařízení. Kvalita šíření signálu je závislá na konstrukci budov a na moţnosti prostupu signálu stěnami a podlahami budov. Pro šifrování provozu bezdrátové sítě je vhodné pouţít šifrování WPA2, které dokáţe zajistit dostatečnou ochranu proti prolomení šifrovacího klíče.

55

9.3. Možnosti připojení k Internetu Pro připojení firmy je potřeba uváţit na co firma potřebuje přístup k internetu a také s jakou dostupností. Nabízejí se varianty garantovaných linek, kde si uţivatel platí především servis spojený s připojením, jako je obnovení po výpadku apod. Ceny garantovaných linek oproti standardnímu připojení jsou několikanásobné. Často jsou u garantovaných linek shodné parametry odesílání a přijímání dat, coţ se můţe především hodit v případě, kdy se z firemní sítě odesílá větší mnoţství dat. Pokud by firma nebyla na připojení k Internetu závislá, je moţno zvolit levnější variantu agregované linky, u které jsou měsíční poplatky výrazně niţší. Varianty připojení k Internetu: Typ připojení

Rychlost

Cena

Cena instalace

Garance

16/1 Mbit/s

417,-

Ne

25/2 Mbit/s

500,-

999,-* (xDSL modem) 999,-* (xDSL modem) 19 990,-**

(odesílání/přijímání) O2 Internet Optimal O2 Internet Aktiv

O2 Internet 8/8 Mbit/s 8400,Business O2 Internet 10/10 Mbit/s 9900,19 990,-** Business Airwaynet 8192 8/1 Mbit/s 490,2 000 - 4 000,Ujezd.net 8/4 Mbit/s 569,3 000 - 5 000,Optimal W5S Ujezd.net – 20/20 Mbit/s 6300,1 000,-*** Gstandard U připojení Airwaynet a UJEZD.net cena za instalaci obsahuje aktivní

Ne Ano Ano Ne Ne Ano prvky pro

připojení, instalaci a aktivační poplatek (cena se liší podle vzdálenosti od vysílače a náročnosti instalace). * V případě internetu od O2 je moţno při podpisu smlouvy na 12 měsíců získat modem za 499,- (jedná se o xDSL WiFi modem) ** Při podpisu smlouvy na 12 měsíců stojí instalace připojení 9 900,-. Při podpisu smlouvy na 24 měsíců jsou náklady na instalaci 1,-. Aktivní prvky jsou v ceně. *** Cena obsahuje aktivační poplatek. Práce technika je zdarma. Aktivní prvky jsou v majetku dodavatele připojení, který ručí za dostupnost sluţby a za funkčnost aktivních prvků.

56

Úroveň garance sluţeb je u jednotlivých poskytovatelů různá, ale standardně předpokládá podepsání SLA. Standardně garance obsahuje dozor linky poskytovatelem, případně přednostní servis dané linky. Pro připojení k Internetu je nutno vybrat ideální variantu dle poţadavků společnosti. Jednou variantou je garantované připojení se zajištěním servisu při případných výpadcích. Další variantou je připojení pomocí dvou různých technologií linkami, které nejsou garantované a zároveň slouţí jako záloha. Další variantou je garantovaná linka s jinou negarantovanou linkou slouţící jako záloha.

57

Závěry a doporučení Cílem této práce bylo poskytnout teoretický základ pro realizaci projektu počítačové sítě a dále seznámit čtenáře se síťovými technologiemi. Informace pro teoretickou část jsem z velké části čerpal z literatury, Internetu a osobních zkušeností, zatímco koncept sítě jsem demonstroval na reálném případu společnosti s počítačovou sítí připojenou k síti Internet. V první kapitole jsem se věnoval obecnému modelu počítačových sítí zvanému OSI model, který rozděluje komunikační protokol do sedmi vrstev. Tento model byl výrazně modifikován protokolem TCP/IP, který pracuje ve čtyřech vrstvách. Druhá část této práce se popisuje topologie počítačových sítí. Jednotlivé topologie se s nástupem moderních technologií navzájem kombinují a doplňují. Třetí část práce pojednává o Ethernetu, který je dnešním technologickým standardem pro komunikaci uvnitř sítí. Jeho hlavní výhodou je jednoduchost a nízká cena. Vzhledem k těmto vlastnostem vytlačil ostatní způsoby komunikace v sítích. Čtvrtá část se zaobírá protokolem TCP/IP, který je v současné době nejrozšířenějším protokolem v počítačových sítích, především díky Internetu, který je celý postaven na tomto protokolu. Tato kapitola obsahuje i historický vývoj, který byl ve své době poháněn celosvětovým konfliktem (studenou válkou), která i v jiných oblastech byla hnacím motorem pokroku. Vývoj byl z počátku financován ministerstvem obrany USA. V osmé kapitole jsou popsány základní síťové prvky počítačových sítí, které se pro stavbu sítí vyuţívají a umoţňují komunikaci jednotlivých počítačů v síti. Následující tři části práce pojednávají o fyzických médiích určených pro přenos dat. První z nich pojednává o nejrozšířenějších přenosových médiích, metalických sítích, které se rozšířily především cenou, snadností instalace a kvalitou přenosu. Nejdelší část je věnována kroucené dvojlince, která vytěsnila jiná metalická média svou kvalitou a robustností. Další část pojednává o optických sítích, které slouţí pro konstrukci centrálních síťových uzlů a přenosu dat na velké vzdálenosti při zaručení nejvyšších kvalit přenosu a při zachování velké propustnosti. Poslední část přenosových médií se věnuje bezdrátovým sítím, které jsou z oblasti počítačových sítí nejmladší a současně nejdynamičtěji se vyvíjejícím odvětvím. Devátá část práce je věnována typům počítačových sítí a jejich rozdělení podle jejich velikosti, případně způsobu pouţití.

58

V uvedených devíti kapitolách jsem poskytl dostatečné mnoţství informací z oblasti počítačových sítí, čímţ jsem splnil cíl práce, kterým bylo poskytnout teoretický základ pro realizaci projektu počítačové sítě. V závěrečné kapitole jsem uvedl obecnou studii stavby počítačové sítě pro potřeby společnosti včetně rozebrání moţností připojení k síti Internet.

59

Seznam použitých zdrojů Tištěné monografie 1. ČSN EN 50173-1(-4). Informační technologie - Univerzální kabeláţní systémy (2008) 2. Vašinek Vladimír,. Měření optických vláken. Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB-TU Ostrava, (2010). 3. D. Vanek (SK), M. S. KABELY VČERA A DNES. (2010) 4. Connect! Březen 2010. TIA/EIA-568-B.(nedatováno) Elektronické monografie, části elektronických monografií a webovská sídla 5. BARTÁČEK, Jiří. Topologie sítí. [cit. 2011-04-20] Dostupný z WWW: 6. Černohlávek, Ivo. Novotný, Jiří. Komunikace a zařízení [cit. 2011-04-20] Dostupný z WWW:< http://www.ics.muni.cz/bulletin/articles/44.html> 7. Draka.com,Cat. 5. [cit. 2011-04-20] Dostupný z WWW: 8. GLOS, Matěj, Protokoly TCP/IP. [cit. 2011-04-20] Dostupný z WWW: 9. JEŢEK, David; KWOLEK, Jiří, Počítačové sítě snadno a rychle. [cit. 2011-04-20] Dostupný z WWW: 10. HICKE, Václav, Frekvenční spektrum a wifi technologie. [cit. 2011-04-20] Dostupný z WWW: 11. CHMELA, Ladislav, BURČÍK, Jaroslav. [cit. 2011-04-20] Dostupný z WWW: 12. HW.cz, Co je to Ethernet, [cit. 2011-04-20] Dostupný z WWW: 13. LOOP, John D., Wiring of an RJ45 jack, [cit. 2011-04-20] Dostupný z WWW: < http://www.pccitizen.com/RJ45.htm>

60

14. Samuraj.cz, OSI model [cit. 2011-04-20] Dostupný z WWW: < http://www.samuraj-cz.com/clanek/osi-model/> 15. Signamax.cz, Měření strukturované kabeláţe, [cit. 2011-04-20] Dostupný z WWW: 16. The fibre optics association, The reference guide to fibre optics. [cit. 2011-04-20]. Dostupný z WWW: 17. Wikipedia, Computer network. [cit. 2011-04-20]. Dostupný z WWW: 18. Wikipedia, EIA-568-B. [cit. 2011-04-20]. Dostupný z WWW: 19. Wikipedia, Ethernet. [cit. 2011-04-20]. Dostupný z WWW: 20. Wikipedia. IEEE 802.11. [cit. 2011-04-20]. Dostupný z WWW: 21. Wikipedia, IEEE 802.11a-1999. [cit. 2011-04-20]. Dostupný z WWW: 22. Wikipedia, Optical fiber. [cit. 2011-04-20]. Dostupný z WWW: 23. Wikipedia, Referenční model OSI/ISO [cit. 2011-04-20]. Dostupný z WWW: 24. Wikipedia, Wi-Fi. [cit. 2011-04-20]. Dostupný z WWW:

61

Seznam obrázků Obrázek 1: Sběrnicová topologie .................................................................................... 13 Obrázek 2: Kruhová topologie ........................................................................................ 14 Obrázek 3: Hvězdicová topologie ................................................................................... 15 Obrázek 4: Stromová topologie ...................................................................................... 16 Obrázek 5: Topologie mříţky ......................................................................................... 17 Obrázek 6: Zapojení vodičů kroucená dvojlinka ............................................................ 25 Obrázek 7: Parametry kroucené dvojlinky...................................................................... 28 Obrázek 8: NEXT ........................................................................................................... 28 Obrázek 9: FEXT ............................................................................................................ 29 Obrázek 10: ACR ............................................................................................................ 30 Obrázek 11: PSNEXT ..................................................................................................... 31 Obrázek 12: Delay skew ................................................................................................. 32 Obrázek 13: Princip šíření světla v optickém kabelu – multimod .................................. 34 Obrázek 14: Princip šíření světla v optickém kabelu – singlemod ................................. 35 Obrázek 15: Průchod různých zdrojů (gradientním) vláknem ........................................ 36 Obrázek 16: Metoda měření B – jeden kabel .................................................................. 37 Obrázek 17: Metoda měření A ........................................................................................ 37 Obrázek 18: Metoda měření C ........................................................................................ 38 Obrázek 19: Měření pomocí optického refrektometru .................................................... 38 Obrázek 20: Příklad měření OTDR ................................................................................ 39 Obrázek 21: Příklad zobrazení sráţkové činnosti v ČR bez rušení rádiovými spoji ...... 44 Obrázek 22: Příklad zobrazení sráţkové činnosti při rušení rádiovými spoji ................. 44 Obrázek 23: Schématické zobrazení sítě ........................................................................ 51 Obrázek 24: Zobrazení patra jedné z budov ................................................................... 55

62

Síťové technologie a stavba sítí

Recommend Documents