Aktivní prvky sítě
Síťové karty (NIC – network interface cards)
Jedná se o rozhraní zajišťující přenos dat z počítače na spojovací vedení sítě a naopak podle
pravidel daných síťovým standardem (přístupová metoda, síťový protokol).
Vybrané parametry síťových karet:
• typ kabeláže:
- koaxiální kabel + BNC konektor - kroucená dvoulinka (UTP, STP) + konektor RJ-45
- bezdrátové rozhraní + anténa pro kmitočet 2.4 GHz, resp. 5 GHz
- optický kabel
- některé starší karty (Combo) byly osazeny konektory RJ-45, BNC a Canon (AUI
rozhraní)
• typ sběrnice:
- stolní počítače: ISA, PCI, PCI Express x1
- notebooky: PC Card, Express Card
- integrována na základní desce (dnes nejrozšířenější řešení), USB rozhraní
• Wake-On: vzdálené spouštění počítače, počítač je možné spustit vzdáleně z jiného
počítače v sítí. Všechny současné síťové karty tuto funkci podporují, nutná je podpora
základní desky (formát ATX) a příslušný software.
• Ovladače pro daný operační systém - umožňují operačnímu systému ovládat síťovou
kartu Podporují technologii PnP.
• Standard síťových prostředků (normy IEEE): Ethernet, FastEthernet, 802.11
(bezdrátové sítě), Token Ring, atd. Vychází z něj mimo jiné rychlost komunikace, typ
kabelů a konektorů, metoda přístupu k přenosovému kanálu, max. délka sítě,
topologie, atd.).
• Duplexní provoz (Full Duplex): schopnost současného přenosu mezi vysílající a
přijímající stanicí v obou směrech (v současnosti všechny síťové karty standardu
Ethernet)
• Vzdálené bootování: používalo se u stanic (počítačů), které neměly pevný disk. Síťová
karta měla patici pro elektronický obvod (paměť) zvaný BootROM. S programem v
této paměti se počítač připojil k serveru a načetl operační systém do operační paměti.
Dnes se tento systém nevyužívá
Opakovač (repeater)
Je nejjednodušším aktivním síťovým prvkem. Jeho úkolem je přijímat zkreslený, zarušený
nebo jinak poškozený signál a opravený, zesílený a správně časovaný jej vyslat dále.
Umožňuje tedy zvýšit dosah přenosového kanálu (např. propojení metalickým nebo optickým
kabelem, bezdrátově) bez ztráty kvality a obsahu signálu.
Opakovač nedokáže filtrovat data (pakety), proto je rozesílá všem počítačovým stanicím
v dané síti.
Převodník (konvertor)
Provádí zesílení signálu a převádí jej z jednoho typu kabelu (např. optický kabel) na druhý
(např. metalické vedení).
Rozbočovač (Hub, Koncentrátor)
Nezbytný prvek pro vytvoření hvězdicové topologie (struktury) sítě. Jeho základní funkcí je
rozbočování signálu, neboli větvení sítě. Propojení mezi rozbočovačem a počítačem (resp.
tiskárnou, IP telefonem, atd.) se provede kabelem UTP, který je zakončen konektorem RJ-45.
Propojovacímu kabelu se říká patch kabel.
Rozbočovač funguje na principu opakovače, což znamená že veškerá data přicházející od
jednoho koncového uzlu (jedné z přípojek) okamžitě rozesílá (opakuje) všem ostatním
zařízením (posílá je současně do všech ostatních přípojek). Díky tomu pak všechna zařízení v
síti přijímají „všechno“ i přesto, že jim data nejsou určena. Nemá tedy schopen filtrovat data.
U větších sítí může docházet ke zbytečnému přetěžování těch zařízení, kterým data ve
skutečnosti nejsou určena. V současnosti je již plně nahrazen přepínačem (switch).
Jeho parametry jsou:
• počet a typ portů – počet počítačů, které je možné vzájemně propojit. Minimálně 4
porty. Vždy volíme počet portů s rezervou, rozšíření počtu portů lze provést
připojením dalšího rozbočovače. Kromě počítačů lze do sítě připojit tiskárnu se
síťovým rozhraním (RJ-45), IP telefon, atd. Současné rozbočovače jsou vybavený
porty pro připojení UTP kabelu s konektorem RJ-45. Starší rozbočovače jsou
doplněny BNC konektorem (koaxiální kabel).
UTP kabel (metalické vedení)
Optický kabel (optické vedení)
Přepínač (Switch)
Switch je velmi podobný rozbočovači (HUBu) s tím zásadním rozdílem, že se
chová jako „inteligentní“ prvek sítě. Analyzuje pakety a posílá je do té větve
sítě, kde se nachází cílová adresa (filtrace paketů). Tím dochází k daleko
menšímu zatížení daného segmentu sítě než v případě použití rozbočovačů.
Switch má zároveň funkci tzv. mostu (bridge). Dokáže fyzicky propojit několik
částí (segmentů) lokální (místní) sítě a řídit komunikaci mezi nimi.
Switch si pro každý port zaznamenává MAC adresy připojených počítačů. Podle
těchto záznamů provádí filtrování či přesměrování paketů do jednotlivých částí
lokální sítě. Tyto záznamy si průběžně aktualizuje. Pracuje však pouze v rámci
jedné lokální sítě.
Směrovač (Router)
Pojmem směrování (routing, routování) je označováno hledání cest v počítačových sítích.
Úkolem je dopravit datový paket určenému příjemci, pokud možno co nejoptimálnější cestou.
Síťová infrastruktura mezi odesílatelem a příjemcem paketu však může být velmi složitá.
Směrování se proto zpravidla nezabývá celou cestou paketu, ale řeší vždy jen jeden krok –
komu data předat jako dalšímu. Ten pak rozhoduje, co s paketem udělat dál.
Směrovač je zařízení, které provádí směrování paketu v rozlehlé síti (např. při připojení k
internetu). Jeho úkolem je tedy propojit
počítače lokální sítě s počítači, které se
nacházejí v jiných sítích. Každý počítač
musí mít přidělenou IP adresu1
. Narozdíl od
mostu (switche), který dokáže paket
směrovat pouze v rámci lokální (místní)
sítě, obsahuje směrovač tzv. směrovací
(routovací) tabulku, ve které jsou
zaznamenány informace o dalších
směrovačích, které patří jiným sítím.
Pro každý příchozí paket najde ve
směrovací tabulce podle IP adresy cílové
sítě (obsaženo v paketu) informaci o tom,
kterému sousednímu směrovači paket
zaslat. Je-li cílová síť připojená ke
směrovači přímo, zašle paket rovnou
cílovému zařízení.
Brána (Gateway)
Gateway (brána) je v počítačových sítích zařízení, které dokáže propojit dvě sítě s odlišnými
protokoly. Brána například přijme zprávu z webové stránky (TCP/IP protokol), kterou odešle
do mobilní GSM sítě v podobě SMS zprávy.
Přístupový bod (Access point - AP)
Přístupový bod komunikuje s bezdrátovými zařízeními ve svém dosahu a stará se o směrování
(routování) paketů mezi bezdrátovými zařízeními a zpravidla také mezi pevnou kabelovou
sítí. Přístup k AP může být zabezpečen pomocí přístupového klíče, filtrací MAC adres
síťových zařízení snažících se o připojení, snížením výstupního výkonu AP, atd.
Současné přístupové body mohou sdružovat funkci výše uvedených zařízení, tedy opakovače,
switche, mostu a směrovače.
Pasivní prvky sítě - kabely
Dnes se nejčastěji používá stíněná nebo nestíněná kroucená dvoulinka (STP, UTP kabel),
časté jsou optické kabely, koaxiální kabely se pro budování moderní počítačové sítě
nepoužívají. Parametrem kabelů je max. přenosová rychlost v Mb/s (závisí především na
rozsahu frekvencí, které je tento kabel schopen přenést) a útlum (zeslabení) přenášeného
signálu na jednotku délky v dB/m, popřípadě dB/km.
Koaxiální kabel
Tvoří jej vnitřní vodič (měděný nebo postříbřený), kolem kterého je nanesena izolující vrstva
dielektrika. Na této vrstvě je pak naneseno vodivé opletení (stínění), které je překryto další
izolující vrstvou (vnějším pláštěm).
Vodivé opletení představuje „rozprostřený“ vodič, jehož podélná osa je shodná s osou
vnitřního vodiče - proto označení „koaxiální“ (tj. souosý) kabel. Hlavní efekt vodivého
opletení spočívá především v odstínění vnitřního vodiče od vlivu vnějšího rušení.
Koaxiální kabel je zakončen BNC konektorem, který se zasunuje do T konektoru a do síťové
karty. Připojení nového počítače do sítě vyžaduje přerušení kabelu a vložení T konektoru.
Používají se pro sběrnicovou topologii sítě, rychlost přenášených dat je max. 10 Mb/s.Vlnová
Impedance kabelu je 50 W. Koaxiální kabel se používá pro sběrnicovou topologie, konec
vodiče musí být ukončen terminátorem.
Kroucená dvoulinka (twisted pair cable - TP cable)
Kroucená dvoulinka je druh kabelu, který je používán v telekomunikacích a počítačových
sítích. Je tvořena páry vodičů, které jsou po své délce pravidelným způsobem zkrouceny
(anglicky: twisted pair, neboli kroucené páry). Důvodem kroucení vodičů je zlepšení
elektrických vlastností kabelu. Minimalizují se rušení mezi jednotlivými páry vodičů a snižuje
se interakce mezi dvoulinkou a jejím okolím, tj. je omezeno vyzařování elektromagnetického
záření do okolí i jeho příjem z okolí.
Vychází se z principu elektromagnetické indukce. Dva
souběžně vedoucí vodiče se chovají jako anténa -
pokud jimi protéká střídavý proud, vyzařují do svého
okolí elektromagnetické pole. Jsou-li vodiče vzájemně
zkrouceny, vyzařované elektromagnetické pole se
navzájem vyruší.¨
Druhy TP kabelů:
Nestíněná kroucená dvoulinka UTP (Unshielded
Twisted Pair) - jednotlivé páry jsou vloženy pouze do
vnější plastové izolace.
Stíněná kroucená dvoulinka FTP, STP - má navíc
doplňkové stínění: - FTP (Foiled TP): společné stínění
všech párů (kovová fólie)
- STP (Shielded TP): stínění jednotlivých párů
TP kabel pro počítačové sítě obsahují
nejčastěji 4 páry. Dělí se do několika
kategorií dle maximální frekvence
přenášeného elektrického signálu
(určuje max. přenosovou rychlost).
Kabel je zakončen konektorem RJ 45.
Slouží k přímému propojení 2 počítačů,
k propojení více počítačů je potřeba
aktivní síťový prvek (switch).
terminátor
Síťové karty v PC
T konektor
BNC konektory
Optický kabel
Optický kabel (fiber optic cable) je založen na odlišném principu než předešlé kabely. Data
nejsou přenášená jako elektrické impulsy v kovových vodičích, ale světelnými impulsy
v optických vláknech (křemičité sklo, plast). Viditelné světlo je elektromagnetické záření
přibližně o vlnové délce 400 až 750 nm (frekvence 3.9×1014 Hz až 7.9×1014 Hz). Optické kabely
dosahují mnohonásobně vyšších přenosových rychlostí než kabely s metalickým jádrem
(koaxiální kabel, kroucená dvoulinka). Optická vlákna jsou velmi tenká (v řádu jednotek
až desítek mm) a jsou uložena v ochranném obalu. Jsou velmi citlivá na mechanické namáhání a
ohyby. Jejich ochranu proto musí zabezpečovat svým konstrukčním řešením optický kabel, který
kromě jednoho či více optických vláken obvykle obsahuje i vhodnou výplň, zajišťující
potřebnou mechanickou odolnost.
Existují dva druhy optických kabelů, které se liší způsobem vedení paprsku ve vlákně:
Mnohovidová vlákna (Multi-mode)
Způsob, jakým optické vlákno paprsek vede, záleží také na tom, jak se mění optické vlastnosti
(konkrétně tzv. index lomu) na přechodu mezi jádrem vlákna a jeho pláštěm.
Fyzikální podstata vedení světelného paprsku vláknem:
Dopadá-li světelný paprsek na rozhraní dvou prostředí s různými optickými vlastnostmi
(např. na rozhraní mezi jádrem a pláštěm), v obecném případě se část tohoto paprsku odráží
zpět do původního prostředí, a část prostupuje do druhého prostředí. Záleží však na úhlu, pod
jakým paprsek dopadá na rozhraní (dáno též optickými vlastnostmi obou prostředí). Je-li
tento úhel větší než určitý mezní úhel, dochází k úplnému odrazu paprsku zpět do původního
prostředí.
Mění-li se index lomu a je-li průměr jádra dostatečně velký (20-100 mm), jedná se o vlákno,
schopné vést různé vlny světelných paprsků, tzv. vidy (modes).
Výhodou mnohovidových vláken je relativně nízká cena, snazší spojování a možnost použit
jako zdroje světla (optoelektrický vysílač) LED diodu. Nevýhodou je, že se jednotlivé složky
světelného signálu (vidy) odrážejí pod jiným úhlem (dorazí na konec vlákna v různém čase) –
zkreslení paprsku při jeho přenosu. Zkreslení je navíc způsobeno pohlcením části světla
materiálem vlákna, čí mechanickým ohybem vlákna.
Jednovidová vlákna (Single-mode)
Nejvyšších přenosových rychlostí lze dosáhnout na tzv. jednovidových vláknech, které
přenáší jen jediný vid (jeden světelný paprsek).
Schopnosti vést jediný vid bez odrazů i ohybů se dosahuje buďto velmi malým průměrem
jádra (řádově jednotky mm), nebo velmi malým poměrným rozdílem indexů lomu jádra a jeho
pláště. Jednovidová vlákna jsou cenově o něco dražší než mnohovidová, lze je použít pro
přenosy na delší vzdálenosti (až 100 km bez opakovače). Pro své buzení však vyžadují
polovodičový laser (laserové diody).
Optické kabely mají především tyto výhody:
· přenos dat na velké vzdálenosti (km)
· vysoká rychlost přenosu dat Gb/s, Tb/s zvýšená použitím WDM technologie. WDM,
neboli vlnový multiplex, je technologie, kdy v jednom optickém vlákně se šíří více
světelných signálů o různých vlnových délkách současně – každý paprsek pak
představuje jeden „přenosový kanál (nosič informace)“.
· odolnost proti všem elektromagnetickým rušením
· vysoká bezpečnost přenášených dat (optický signál se nedá odposlouchávat).
· nehrozí riziko zkratu
Nevýhodou je :
· velká cena optické kabeláže
· složité a drahé spojování optických kabelů.
Optické kabely se používají především pro budování páteřních sítí propojujících jednotlivé
sítě, k propojení mezi budovami atd.
Optický kabel přenáší světelné paprsky, ale ze síťové karty vystupují elektrické impulsy.
Proto je na konci každého kabelu nutný převodník (konvertor). Jeho úkolem je převést
elektrický impuls na světelný paprsek a naopak. Umožňuje tedy napojit optický kabel na
kroucenou dvoulinku.