Budování lokální počítačové sítě

Tentokrát se v TECH-Tipu zaměříme na některé problémy spojené s návrhem a výstavbou lokální počítačové sítě ...


Tentokrát se v TECH-Tipu zaměříme na některé problémy spojené s návrhem a
výstavbou lokální počítačové sítě LAN (Local Area Network), kterou se většinou
rozumí síť ohraničená na relativně malý prostor na jednu místnost, na jednu
nebo více budov. Velmi rozlehlé počítačové sítě se oproti tomu označují
zkratkou WAN (Wide Area Network) rozdíl mezi nimi se však v současnosti stírá
vlivem rychlého rozvoje pokročilých technologií.
Vzhledem k cílům, které má plnit takové komunikační prostředí jakým je
počítačová síť, je třeba provádět jeho výstavbu na základě širokých znalostí
současných i budoucích komunikačních potřeb. Základní otázkou, kterou je třeba
před začátkem vlastní realizace počítačové sítě dobře rozmyslet, je proto pro
koho a jak bude budovaná lokální síť sloužit. Na tom pak bude záležet její
budoucí fyzické uspořádání, volba přenosové technologie a vhodný typ kabeláže.

Komunikační potřeby uživatelů
Základním parametrem nové sítě bude její přenosová kapacita (objem dat
přenášený za jednotku času). Ta může být v různých místech na základě odlišných
požadavků jednotlivých uživatelů jiná. Starý a pomalý počítač s operačním
systémem MS-DOS rozhodně není třeba připojovat superrychlou technologií a
naopak vysoce výkonný souborový nebo grafický výpočetní server musí být
připojen co nejrychleji. Důležitá je i efektivnost vynaložených prostředků tak,
aby byly splněny základní požadavky pro provoz při minimálních nákladech.
Zatímco pro síťovou textovou nebo databázovou negrafickou aplikaci pro
Unix/Novell/DOS postačuje zajištěný přenos řádově stovky kb/s, pro síťovou
grafickou CAD aplikaci nebo síťové grafické vědeckotechnické výpočty je třeba
přenosů i výrazně přes 10 Mb/s. Dnešní bouřlivý rozvoj grafických aplikací a
rozšiřování multimédií přináší výrazný tlak na další zvyšování propustnosti
moderních počítačových sítí.

Rozlehlost sítě a počet uzlů
Odhad počtu připojených síťových stanic a celková fyzická rozlehlost sítě jsou
velmi důležité pro její dobrý návrh. Kvalifikovaný odhad velikosti a dynamiky
růstu budoucí sítě pak ovlivní volbu správné topologie a vhodný typ kabeláže
(např. při velkých vzdálenostech mezi jednotlivými propojovanými budovami
budete nuceni uvažovat o použití optických kabelů nebo bezdrátových spojů místo
klasické kabeláže). Na potřebu znát celkový počet síťových zařízení narazíte
např. i při žádosti o přidělení IP adres, pokud budete chtít připojit budovanou
lokální síť do Internetu.

Spolehlivost
V případech, kdy na dobré a spolehlivé funkci počítačové sítě závisí úspěšnost
celé organizace (finanční instituce apod.), je třeba již při návrhu sítě
počítat s nutností zálohy klíčových přenosových kanálů. Typická je záloha
spojení mezi jednotlivými pobočkami, kdy záložní linka většinou není tak
kvalitní, ale zajistí alespoň dostatečné náhradní spojení na přechodnou dobu.
Řada aktivních síťových prvků (přepínače, směrovače) od renomovaných výrobců se
dnes dodává se zdvojenými napájecími zdroji, aby výpadek jednoho zdroje
neohrozil činnost celého zařízení, nebo ve formě modulárních systémů s
nezávislými funkčními moduly, které lze vyměnit za provozu.

Volba topologie a typu kabeláže
Zatímco první lokální počítačové sítě používaly pro své rozvody převážně
koaxiálních kabelů, dnes již v instalacích výrazně převažují kroucené dvoulinky
(nestíněná UTP nebo stíněná STP) a optická vlákna. Představy o dobré topologii
a kabeláži se postupně s časem měnily až dospěly k uceleným a dobře
propracovaným zásadám tzv. "strukturované kabeláže".
Nově budované síťové rozvody se záměrně budují předimenzované tak, aby byly
dobře použitelné i pro síťový provoz několikanásobně vyšší než v současnosti.
Objevuje se i snaha zavádět síťové rozvody i do místností či částí budovy, kde
dnes ještě ani není žádné připojení požadováno. Pro rozvody se používají vždy
standardizované a velmi kvalitní kabely, konektory a další instalační prvky.
Mnoho práce v budoucnu mohou ušetřit i správné instalační postupy (vedením
kabelů lištami nebo kabelovody, průchody zdmi, typizované instalační skříně,
propojovací panely tzv. patch panely atd.). Důležitou vlastností strukturované
kabeláže je i její univerzálnost, dlouhá životnost a možnost využít ji i pro
více různých účelů (přenos dat, hlasu, videa).
Jednotlivé druhy kabelů, které chceme použít, je třeba posuzovat podle jejich
kvantitativních parametrů. K těm nejdůležitějším patří zejména:
přenosová rychlost, kterou lze na daném kabelu přenášet data od jednotek až do
stovek Mb/s u metalických kabelů, u optických kabelů i přes 1 Gb/s.
útlum (attenuation) představuje zeslabení přenášeného elektrického nebo
světelného signálu. Celková hodnota útlumu je vždy přímo úměrná délce kabelu a
je jedním z klíčových faktorů, které určují maximální použitelnou délku
souvislého kabelového úseku (segmentu).
odolnost vůči rušení (interference) vyjadřuje schopnost kabelu odolávat rušení
v okolí kabelu, které může mít nepříznivý vliv na přenášený signál.
U souběžně vedených metalických vodičů může signál, přenášený jedním kabelem,
ovlivňovat průběh signálu v jiném kabelu, tento speciální typ rušení se nazývá
přeslech (cross-talk).

Topologie
Způsob připojení komunikačních uzlů do lokální sítě popisuje topologie.
Rozeznáváme topologii fyzickou, která je dána vlastní strukturou síťového
hardwaru uspořádáním kabelů a uzlů sítě a topologii logickou, která popisuje
chování sítě z pohledu uživatele (rozdělení do pracovních skupin atd.). Obě
mohou být v některých případech rozdílné.
Tři základní typy topologie sítě LAN jsou: sběrnice, kruh a hvězda, ale často
se můžete setkat i s topologií smíšenou (hybridní).
Sběrnicová topologie propojuje počítače do jedné spojité řady, má výhodu ve
snadné rozšiřitelnosti, je v ní však velmi obtížné najít závadu, která navíc
okamžitě přeruší činnost celé sítě.
V topologii kruhové jsou uzly uspořádány podobně jako ve sběrnici, ale navíc
jsou spojeny do uzavřené smyčky. Typickým příkladem je síť typu Token Ring.
Nevýhody jsou podobné jako u sběrnicové topologie.
Pro topologii typu hvězda je typické to, že z nějakého centrálního prvku (např.
rozbočovače) vedou paprskovitě spoje k jednotlivým uzlům sítě. Hvězda je méně
náchylná k poruchám vzhledem k dvoubodovým spojům a lépe se také vzniklé
poruchy lokalizují, ale je velmi závislá na spolehlivosti a výkonnosti
komunikačního centra.

Koaxiální rozvody
Dříve byl velmi často používaným typem drátové přenosové cesty tzv. koaxiální
(souosý) kabel. Tvoří jej vnitřní vodič, kolem kterého je nanesena izolující
vrstva dielektrika. Stínění kabelu zajišťuje hliníková fólie a vodivé opletení,
které je překryto ještě nevodivým vnějším pláštěm. Koaxiální kabely se vyrábějí
v různých provedeních, která se liší svými rozměry, mechanickým provedením i
impedancí (jedná se o odpor, kladený střídavému signálu s danou frekvencí).
Dražší silné a ne příliš ohebné koaxiální kabely RG-11, které se používaly pro
tzv. tlustý Ethernet (Thick Ethernet), postupně nahradily koaxiální kabely
levnější a ohebnější RG-58 pro tzv. tenký Ethernet (Thin Ethernet). Levnější
koaxiální kabely RG-58 mají vyšší útlum a menší odolnost vůči rušení, navíc
dovolují vytvářet souvislé kabelové segmenty jen do délky 185 metrů. Standardně
se používají pro přenosové rychlosti jen do 10 Mb/s. Každé koaxiální vedení
musí být na svém konci ukončeno zakončovacím odporem se správnou impedancí a
vnější opletení kabelu musí být v jednom místě vedení uzemněno.

Kroucené dvoulinky UTP, STP
V dnešních lokálních počítačových sítích se převážně setkáte s kabeláží
založenou na kroucených dvoulinkách (Twisted Pairs). Tyto rozvody obsahují
diferenciálně buzené páry jednožilových kovových vodičů, které jsou navzájem
zkrouceny tak, aby nedocházelo k nežádoucímu přeslechu, tedy ke vzájemnému
ovlivňování přenášených signálů mezi jednotlivými páry. Větší odolnosti vedení
proti rušení lze dosáhnout dalším stíněním dvojic vodičů pak jde o tzv.
stíněnou kroucenou dvoulinku (Shielded Twisted Pair STP), která je ovšem dražší
než původní nestíněná kroucená dvoulinka (Unshielded Twisted Pair UTP).
Podle kvality a přenosových vlastností se kabely kroucené dvoulinky dělí do
několika kategorií:
Kategorie (Level) 1 pro přenos hlasu (telefonní kabel)
Kategorie (Level) 2 pro přenos dat do 4 Mb/s (LocalTalk)
Kategorie (Level) 3 pro přenos dat do 10 Mb/s (Ethernet 10 Mb/s)
Kategorie (Level) 4 pro přenos dat do 20 Mb/s (16 Mb/s Token Ring)
Kategorie (Level) 5 pro přenos dat do 155 Mb/s (Fast Ethernet, ATM 155 Mb/s)
Kategorie (Level) 6 pro přenos el. signálu do 200 MHz
Stíněnou i nestíněnou dvoulinku lze používat v různých typech lokálních sítí.
Pro sítě Ethernet byl přijat standard, definující způsob použití kroucené
dvoulinky pro přenosy dat rychlostí 10 nebo 100 Mb/s. Možná se ale brzy dočkáme
i přenosu 1 Gb/s po stíněné kroucené dvoulince (na standardu se pracuje).

Praktické rady pro instalaci kabelů UTP
použijte vždy delší kabel, než je nevyhnutelné (je smutné nakonec zjistit, že
chybí 5 cm kabelu)
všechna naistalovaná kabelová vedení otestujte, pokud možno speciálním testerem
kabelů a výsledky uložte (životnost rozvodů by měla být alespoň 15 let)
kabely raději neveďte blízko zdrojů rušení (silové el. vedení, zářivky, atd.)
označte oba konce kabelu, aby bylo jasné, odkud a kam kabel vede a zaneste do
dokumentace sítě
spojujte paralelní kabely do svazků speciálními rozebiratelnými sponkami,
nikoli lepicí páskou
pokud je kabel veden vně budovy, opatřete jej přepěťovou ochranou
i pro rozvody Ethernetu 10 Mb/s použijte raději kabely kategorie 5 (rozdíl v
ceně proti kategorii 3 je nepatrný)

Optické spoje
Vysokorychlostní komunikace na větší vzdálenosti lze dobře realizovat po
optických vláknech, která přirozeně slibují největší možnosti dosažení rychlých
přenosů (rychlost světla je maximální dosažitelná rychlost přenosu informací).
Optické spoje používají 2 základní možné varianty přenosu optického paprsku, a
to tzv. mnohovidový (multimode) a tzv. jednovidový (singlemode).
V případě mnohovidového přenosu může být generátor světla jednodušší, generuje
světelné impulzy tvořené několika světelnými paprsky s různou vlnovou délkou
současně. Mnohovidová optická vlákna mají jen relativně malý dosah typicky 2
kilometry (s délkou kabelu se totiž zvyšuje zkreslení signálu). Na druhé straně
jsou mnohovidová vlákna relativně laciná a vystačí jen s poměrně jednoduchými a
levnějšími generátory a detektory.
Naproti tomu jednovidový optický kabel je schopen vést jen jeden jediný
světelný "vid" (světlo s určitou vlnovou délkou). Pro jeho generování je ale
zapotřebí přesnější (a tím i dražší) generátor (polovodičový laser) i
citlivější a dokonalejší detektor. Proto jsou řešení na bázi jednovidových
vláken obecně dražší (dražší je nejen samotný optický kabel, ale zejména
ostatní prvky spoje), ale na druhou stranu dosah takového spoje je podstatně
vyšší (v řádu desítek kilometrů).

Bezdrátové spoje
V bezdrátových přenosech, kdy se obejdete bez pracné instalace kabelových
rozvodů, se využívá šíření elektromagnetických vln s určitou frekvencí a od ní
odvozenou vlnovou délkou, nebo šíření světla vzduchem.
Mezi nejpoužívanější typy elektromagnetického bezdrátového přenosu dat patří
rádiové a mikrovlnné spoje.
Rádiové vlny lze poměrně snadno generovat i přijímat, jejich dosah může být
relativně velký. Mohou i prostupovat budovami, proto se používají jak uvnitř,
tak i vně budov. Šíření rádiových vln je převážně všesměrové, takže antény
příjemce a odesílatele nemusí být speciálně směrovány. Přenosové rychlosti v
rádiových lokálních počítačových sítích jsou ale spíše jen v řádu jednotek Mb/s.
Mikrovlnné přenosové trasy pracují v pásmu frekvencí, kde se elektromagnetické
vlny šíří již velmi směrově přímočaře. U tohoto typu je proto možné soustředit
veškerou vysílanou energii do poměrně úzce směrovaného paprsku při použítí
parabolických antén zaměřených přesně proti sobě. Mikrovlnné spoje dokáží
přenášet data na relativně dlouhé vzdálenosti, ale pouze pokud je zajištěna
přímá viditelnost.
Bezdrátové přenosy v infračervené části spektra jsou s oblibou používány na
velmi krátké vzdálenosti pro dálková ovládání audio/video/TV zařízení nebo v
komunikaci mezi přenosnými počítači a jejich periferiemi. Výhodou tohoto řešení
je relativní nenáročnost implementace a nízká cena. Nevýhodou je naopak to, že
infračervené paprsky nedokáží prostupovat překážkami a nedají se použít mimo
budovy, kde může docházet k rušení slunečním zářením.
Laserové spoje využívají laserového paprsku, který není veden optickým vláknem,
ale šíří se volně vzduchem. Výhodou laserových optických spojů je relativně
velká šířka přenosového pásma a tím i rychlost přenosu dat, ale velkou
nevýhodou je závislost na povětrnostních vlivech (silnější déšť, mlha či
sněžení).

Přenosové technologie

linkové vrstvy
Linková vrstva má na starosti přenos dat po kabelových rozvodech od jednoho
adaptéru ke druhému. Dnes je možno se setkat s následujícími technologiemi.

Ethernet
Nejpoužívanější přenosovou technologií lokálních počítačových sítí je dnes
Ethernet (jedná se o obecně užívaný název pro protokol na základě normy IEEE
802.3). Tento způsob přenosu dat používá metodu přístupu ke společnému médiu
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect), která vychází ze
snahy o maximální jednoduchost a efektivnost.
Je založena na tom, že každý zájemce o vysílání do společného média nejprve
chvíli poslouchá, zda právě nevysílá někdo jiný. Pokud zjistí, že je na médiu
volno, může začít vysílat, ale v opačném případě musí čekat až na konec právě
probíhajícího vysílání. Když začnou vysílat dva a nebo více uzlů současně,
musejí být schopny detekovat tento konflikt tzv. kolizi a přestat vysílat na
náhodný interval času. Délka paketu (minimální přenášená jednotka dat) se
pohybuje v rozmezí od 64 do 1 518 bytů a přenosová rychlost dosahuje v
optimálním případě 10 Mb/s.

Plně duplexní Ethernet
Na rozdíl od použití koaxiálních rozvodů se sběrnicovou topologií jsou rozvody
založené na kroucených dvoulinkách vždy typu bod-bod (topologie hvězda). Takové
spoje je možné používat i v plně duplexním provozu. Pak je každý z použitých
párů vodičů určen pro přenos dat v jednom směru. Při připojení uzlu na
přepínaný port (na ethernetovém přepínači) je možné dosáhnout celkového přenosu
až 20 Mb/s při odstranění kolizí. Dnes již většina přepínačů a síťových karet
nabízí možnost pracovat jak v polo-duplexním, tak v plně duplexním provozu.

Fast Ethernet
Rychlejší přenosová metoda Fast Ethernet (podle IEEE 802.3u) si zachovává
všechny vlastnosti klasického Ethernetu (přístupovou metodu, formát a velikost
rámců, atd.), jen je všechno desetinásobně zrychlené. Ve standardu Fast
Ethernet se počítá s tím, že může být provozován alternativně jak po nestíněné
kroucené dvoulince, tak i po dvoulince stíněné či po optických kabelech.
Vyžaduje to však, aby vedení bylo dostatečně kvalitní pro přenosy rychlostí 100
Mb/s (kroucená dvoulinka kategorie 5). Existuje i možnost použít technologie
Fast Ethernet na metalické kabeláži starší (kategorie 3), ale je nutné použít 4
páry vodičů místo dvou (standard se označuje 100BaseT4).

Gigabit Ethernet
Jedná se o desetinásobné zrychlení Fast Ethernetu podle standardu IEEE 802.3z,
který byl schválen v červnu 1998, až na rychlost přenosu 1 000 Mb/s. Gigabitový
Ethernet má dnes 2 základní varianty 1000BaseSX používá multimode optické
vlákno s pracovní vlnovou délkou 850 nm a 1000BaseLX, která používá multimode
nebo singlemode optické vlákno s pracovní vlnovou délkou kolem 1 300 nm (má
větší dosah). Pracuje se ale i na standardu 1000BaseCX, který by využíval
stíněnou kroucenou dvoulinku (zřejmě jen do délky 25 m). Další informace jsou
dostupné na webové adrese (http:// www.gigabit-ethernet.org/).

ATM
ATM (Asynchronous Transfer Mode) je na rozdíl od Ethernetu technologií, která
používá spojovaných okruhů. Před začátkem přenosu dat se vytvoří (propojí) celá
cesta od zdroje dat k příjemci (obdoba veřejné telefonní sítě). Na rozdíl od
Ethernetu používá pevnou délku přenášeného datového rámce 53bytovou buňku (5
bytů tvoří hlavičku a 48 bytů jsou data).
ATM podporuje různé druhy přenosu, nejen data, ale i hlas a video, může
pracovat při vysokých rychlostech (až 2,5 Gb/s) při zajištění jisté kvality
přenosu (QoS Quality of Service). ATM je však poměrně náročný a drahý způsob
komunikace, proto se hodí spíše pro páteře rozlehlých sítí než do sítí
lokálních. Více informací lze získat na adrese organizace ATM Forum, která
spojuje jednotlivé výrobce zařízení ATM http:// www.atmforum.com/.

FDDI
Technologie FDDI (Fiber Distributed Data Interface) je historicky nejstarší
vysokorychlostní přenosovou technologií (s rychlostí 100 Mb/s), vyvinutou se
záměrem využít přenosové schopnosti optických vláken (multimode nebo
singlemode). Používá topologii dvojitého kruhu, který může mít obvod až 200 km
a až 500 uzlů. Používá se spíše pro páteřní rozvody rozlehlých počítačových
sítí po optických vláknech a dnes je již na ústupu, neboť rychlost je stejná
jako u Fast Ethernetu.

Token Ring
V sítích Token Ring se používá přístupová metoda k médiu založená na řízeném
předávání oprávnění k vysílání (token pešek), kdy jsou jednotlivé uzly sítě
propojeny do kruhu. Oprávnění si jednotlivé uzly postupně předávají v takovém
pořadí, v jakém tvoří logický kruh (tím se výrazně liší od Ethernetu). Tak je
zajištěno, že se každý z počítačů dostane k vysílání v konečném čase. Token
Ring je definovaný standardem IEEE 802.5 a podporuje rychlosti přenosu dat 1, 4
nebo 16 Mb/s na optických nebo metalických (UTP/STP) vedeních.

Protokoly vyšších vrstev
Přenést data po kabelových rozvodech od jednoho adaptéru ke druhému (ve vrstvě
síťového rozhraní) nestačí pro úspěšnou komunikaci mezi vzdálenými počítači a
na nich běžícími aplikacemi. O tu se musí postarat protokoly vyšších vrstev
(síťové, transportní a aplikační vrstvy).

TCP/IP
Dnes snad nejrozšířenějším protokolem pro přenos dat mezi vzdálenými počítači
je množina protokolů TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol).
Protokol IP (síťová vrstva) zajišťuje primárně transport dat mezi počítači a
sítěmi. Jednoznačným identifikátorem počítače z hlediska protokolu IP je jeho
adresa, která je složena ze 4 bytů (například 127. 0.0.1). Další vrstva
(transportní) se soustřeďuje pouze na komunikaci mezi koncovými účastníky
spojení. Dva základní zástupci protokolů transportní vrstvy jsou TCP
(Transmission Control Protocol) a UDP (User Datagram Protocol).

NetBEUI
Protokol NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface), který se často využívá ke
sdílení disků a tiskáren v lokálních sítích založených na operačních systémech
Windows for Workgroups, Windows95 nebo WindowsNT, je rozšířením protokolu
NetBIOS (Network Basic Input Output System). Tento protokol se nedá směrovat
mezi sítěmi, je proto omezen jen na lokální síť (přesněji na broadcast doménu).
Novell (IPX/SPX)

IPX (Internetwork Packet Exchange) je protokolem síťového operačního systému
NetWare firmy Novell, který zajišťuje ověřování dat a správu adres. Je to
protokol, který lze na rozdíl od NetBEUI směrovat a může proto předávat
mezisíťové zprávy. Protokol označovaný SPX (Sequenced Packet Exchange) pak
ověřuje správnost přenášených dat.

Přehled moderních aktivních prvků LAN
Aktivní prvky LAN jsou komponenty počítačové sítě, které umožňují realizovat
příslušný přenosový protokol mezi jednotlivými uzly.
Měly by mít tyto vlastnosti:
snadné zprovoznění a administrace ("plug and play")
kompatibilita (splnění standardů)
maximální spolehlivost (bezporuchovost)
velký komunikační výkon
dobrý poměr cena/výkon
testovatelnost (možnost vzdálené správy, záznam událostí)
snadná rozšiřitelnost (modularita)
transparentnost pro protokoly vyšších síťových vrstev

Opakovače (repeatery)
Opakovač (repeater) je síťové zařízení, které předává veškeré pakety z jednoho
segmentu sítě do druhého. Přitom pouze regeneruje a zesílí elektrické signály a
upraví jejich časování, nijak provoz neanalyzuje. Hlavním úkolem opakovače je
rozšířit délku přenosového média sítě za běžnou maximální délku kabelů.

Mosty (bridge)
Most nebo též můstek (bridge) slouží k přenosu dat mezi sousedními sítěmi, ale
zároveň provádí i filtrování toku dat mezi nimi. Umožňuje, aby paket z uzlu v
jedné síti byl poslán do uzlu v síti jiné, ale zároveň nepropouští (filtruje)
takové pakety, které jsou určeny pouze jedné z připojených sítí. Odděluje tím
provoz na sousedních sítích a snižuje tak jejich zatížení. Aktuální uspořádání
sítí (kam patří jednotlivé uzly) může být v mostu definováno buď staticky, nebo
si jej most sám zjistí automaticky procesem učení.

Rozbočovače (HUBy)
HUB je zařízení, které slouží jako společný ukončovací bod pro více síťových
uzlů a dokáže přenášet signály příslušnými cestami. Jedná se v podstatě o
mnohačetný opakovač, který předává signály na jednotlivé porty. Téměř všechny
rozbočovače mají světelné diody (LED), které indikují aktuální stav každého
portu a mohou být vybaveny i funkcemi pro vzdálenou správu.

Přepínače (switche)
Ethernetový přepínač je schopen oddělovat několik kolizních domén (kolizí
rozumíme vzájemné rušení vysílání dat jednotlivými stanicemi v síti) a tím
zvyšuje celkovou přenosovou kapacitu. Jedná se vlastně o inteligentní bridge s
mnoha porty. Pokud přepínač obdrží paket z nějakého svého portu, pošle jej jen
na ten port, kam je paket určen (podle hardwarové adresy síťového adaptéru MAC
adresy). Musí při tom samozřejmě znát aktuální topologii sítě. Výjimku z tohoto
pravidla tvoří jen tzv. broadcasty všesměrové pakety určené všem uzlům, ty se
šíří v přepínači na všechny porty (pokud to není na některém portu záměrně
zakázáno).
Přepínače se obecně uplatňují i v jiných přenosových technologiích, speciální
skupinu tvoří např. ATM přepínače, které mají za úkol vytvářet (spínat)
přenosové cesty v sítích typu ATM.

Směrovače (routery)
Směrovač je síťové zařízení určené k segmentaci sítě na oddělené sítě (odděluje
broadcast domény), má za úkol také směrování síťového provozu v rozlehlých
sítích (pomocí směrovacích tabulek hledá optimální cestu ke vzdálené síti).
Musí proto analyzovat síťový provoz a zjišťovat cílovou IP adresu uzlu, jemuž
jsou data určena a podle jistých pravidel předat taková data dalšímu směrovači
nebo na patřičné rozhraní.
Pravidla mohou být vytvářena ručně (definováním směrovací tabulky) nebo
automaticky, kdy si směrovače v síti vyměňují potřebné informace speciálními
směrovacími protokoly. Směrovače jsou obvykle modulární zařízení, aby mohly
plnit specifické požadavky. Musí být vybaveny výkonnou výpočetní jednotkou pro
rychlé rozhodování a velkou pamětí k uchování směrovacích tabulek.

Síťové karty
Síťová karta (NIC Network Interface Card) je přídavná karta počítače, která
tvoří jeho rozhraní pro připojení k síti. Je schopna přijímat a vysílat
elektrické nebo optické signály z kabelového rozvodu nebo do něj. Musí být
kompatibilní s datovou sběrnicí počítače (ISA, PCI, SBus, EISA, apod.), se
síťovým operačním systémem (DOS, Windows95/NT, Linux, Solaris, IRIX, HP-UX,
apod.), s kabelovým rozvodem (BNC konektor pro koaxiální rozvody, RJ-45 pro
UTP/STP kabely nebo AUI pro "tlustý" Ethernet) a s přístupovou metodou sítě
(Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, ATM, apod.).
Za nejvýkonnější síťovou kartu vhodnou pro běžné PC lze dnes považovat kartu
pro sběrnici PCI se systémem "Bus Mastering" (přímý přístup ke sběrnici PC) a
automatickou volbou rychlosti 10 nebo 100 Mb/s (poloviční i plný duplex).
Taková síťová karta je optimální z hlediska zachování vynaložených investic,
protože umožňuje kdykoliv přejít na Fast Ethernet.

Médiakonvertory
Někdy se může objevit potřeba rozšíření stávající sítě LAN, ale při použití
jiného typu kabelového rozvodu, např. když v LAN chceme prodloužit koaxiální
kabelový segment, ale rádi bychom použili kroucenou dvoulinku. Vhodným řešením
pro takový účel pak může být implementace opakovače s různými porty (BNC a UTP)
nebo použití levnějšího médiakonvertoru BNC-UTP, který převádí elektrický
signál z jednoho typu vedení do druhého.

Transceivery
Transceiver (TRANSmitter & reCEIVER) byl původně určen pro napojení pracovní
stanice na tlustý koaxiální kabel (10Base5). Síťová karta byla zakončena
konektorem AUI (Attachement Unit Interface) a pomocí vícežilového tzv. drop
kabelu k ní byl přes transceiver připojen tlustý koaxiální kabel. Aktivní prvky
nebo síťové karty mohou být i dnes vybaveny konektorem AUI a to pro připojení
transceiveru libovolného média (nejčastěji TP nebo optického vlákna).

Limity rozšiřování sítě Ethernet
Technologie Ethernetu není zcela dokonalá a má samozřejmě i svá omezení,
vycházející z principu její činnosti. Tato omezení je třeba mít neustále na
zřeteli a včas plánovat vhodné řešení pro budoucí rozšiřování lokální sítě.
Zjednodušeně lze tyto limity rozdělit na 2 typy, a to na limity fyzické
(omezení fyzického přenosu elektrického signálu po kabelu útlum, zkreslení,
atd.) a limity provozní (omezení daná provozem na médiu časté kolize,
nedostatečná rychlost přenosu, atd.).

Fyzické limity a jejich překonávání
Hlavním omezením geometrického rozměru segmentu lokální počítačové sítě je
konečná rychlost šíření elektrického nebo optického signálu ve vedení a jeho
útlum s rostoucí vzdáleností. Omezení velikosti jednoho kabelového segmentu
sítě Ethernet je proto při použití tenkého koaxiálního rozvodu 185 m a při
použití UTP/STP kabelů 100 m. Tuto vzdálenost je možné zvětšit pouze použitím
vhodného opakovače.
Omezení možného počtu připojených stanic elektrickými vlastnostmi média či
zpožděním opakovačů ztrácí v současné době na významu, neboť se s rostoucí
mírou objemu dat začínají uplatňovat omezení daná provozem na síti. Přesto je
třeba uvést, že např. ze stejných 8portových rozbočovačů lze pomocí technologie
UTP/STP postavit na základě platných pravidel síť s nejvýše 98 stanicemi. Pro
rozlehlejší lokální sítě je proto vhodnější použít stohovatelných rozbočovačů s
větším počtem portů.

Provozní limity a jejich překonávání

Omezení kolizních domén
Soustavě síťových stanic, jejichž vysílání může navzájem kolidovat, se říká
kolizní doména (jak už bylo uvedeno, rozumí se kolizí vzájemné rušení vysílání
dat jednotlivými stanicemi v síti). Frekvence kolizí na společném médiu
samozřejmě závisí na hustotě provozu a ta zase na počtu stanic a jejich
požadavcích na přenos dat. Obecně lze říci, že čím více stanic s intenzivnějším
provozem, tím více kolizí.
Zařízení, která slouží k oddělování kolizních domén, se nazývají můstky
(bridge). Je zřejmé, že slabým místem topologie s oddělenými segmenty pomocí
můstků může být společná páteř (backbone). Pokud je provoz mezi doménami silný,
případně směřuje k centrálnímu serveru, který je připojený na páteř, není tato
struktura dobrým řešením.
Jednou z možností pro zvýšení propustnosti páteře sítě je technologie tzv.
přepínaného Ethernetu, tedy použití ethernetových přepínačů (Ethernet switch).
Jsou to vlastně víceportové můstky, které dokáží dynamicky vytvářet paralelně
pracující spoje mezi svými porty, takže zvyšují celkovou propustnost páteře.
Příklad použití 4portového Ethernet přepínače jako páteřního můžete vidět na
jednom z obrázků.

Přechod na vyšší rychlost
Zvýšit celkovou propustnost sítě lze i použitím některé rychlejší technologie
pro přenos dat v počítačových sítích (např. Fast Ethernet 100 Mb/s, ATM 155
Mb/s nebo Gigabitový Ethernet 1 000 Mb/s). Zejména páteř a ostatní centrální
prvky sítě by měly být co nejrychlejší, aby se nestaly úzkým místem při
komunikaci mezi jednotlivými uzly.

Omezení broadcastových domén, VLAN
Ve velkých počítačových sítích typu Ethernet nabývá na významu ještě další
pojem a to "broadcast" a s ním spojená broadcastová doména. Jak napovídá sám
název, broadcast je zpráva určená všem stanicím připojeným k přenosovému médiu.
Všechny stanice ji musí přijmout a dekódovat.
Přepínače všesměrová vysílání ve formě broadcastu nefiltrují a posílají na
všechny své porty a to může snížit celkovou propustnost sítě. Řešením, které
odděluje jednotlivé broadcastové domény, je vytvoření více logických sítí
přiřazením počítačů do virtuálních sítí (ve zkratce VLAN Virtual) v přepínači.
Virtuální sítě tak představují zcela oddělené podsítě v rámci jedné lokální,
které je třeba propojit mezi sebou směrovačem (routerem). Příklad takového
uspořádání ukazuje další z obrázků.

Řízení toku dat, vyrovnávání zátěže
Největším problémem přepínačů může být jejich chování při nerovnoměrné zátěži
na jednotlivých portech. Je zřejmé, že jsou-li jejich porty z hlediska
rychlosti rovnocenné, musí nasměrování silných toků dat z více portů na jeden
jediný tento port zcela zahltit. Proto je nyní velká snaha výrobců upřena k
metodám vyrovnávání zátěže.

Přepínání na 3. (síťové) vrstvě
Poměrně nedávnou novinkou v technologii lokálních počítačových sítí je
kombinace funkce přepínače a směrovače do jednoho zařízení, kdy se v přepínači
tok dat přepíná podle zdrojových a cílových IP adres.
9 0344 / pen

Doporučené zapojení konektoru RJ-45 pro UTP/STP kabely
(podle normy EIA/TIA T568B):
PiSignálBarva izolace vodiče
1TX Data +bílo-oranžová
2TX Data -oranžová
3RX Data +bílo-zelená
4(nepoužito)modrá
5(nepoužito)bílo-modrá
6RX Data -zelená
7(nepoužito)bílo-hnědá
8(nepoužito)hnědá

Křížové propojení kroucené dvoulinky pro přímý spoj počítač-počítač nebo pro
propojení HUB-HUB
(nemají-li speciální kaskádovací "up-link" port značený "II")
Jeden konec Druhý konec
PiSignál PiSignál
1TX Data +3RX Data +
2TX Data -6RX Data 3RX Data +1TX Data +
4(nepoužito)4(nepoužito)
5(nepoužito)5(nepoužito)
6RX Data -2TX Data 7(nepoužito)7(nepoužito)
8(nepoužito)8(nepoužito)

Přibližné cenové relace vybudování kabeláže UTP/STP (ceny bez DPH):
Konektor RJ-45 pro UTP5-15 Kč/ks
UTP kabel Level 5, 4 páry, lanko16 Kč/m
UTP kabel Level 5, 4 páry, drát10-12 Kč/m
STP kabel Level 5, 4 páry, drát20 Kč/m
Hotový kabel UTP, 2 m100 Kč/ks
24portový propojovací panel, osazený2 500-4 500 Kč/ks
Zásuvka UTP200 Kč/ks

Pro srovnání s technologií kroucených párů
uveďme přibližné cenové relace optických rozvodů (bez DPH):
Konektor ST 200 Kč/ks
Konektor SC 300 Kč/ks
8 vláken MM opt. kabel venk. i vnitřní 200 Kč/m
Hotový opt. modul, 2 vlákna MM, 2 m 700 Kč/ks
Svár optického kabelu1 000 Kč/ks

Přehled značení Ethernetu
OznačeníVýznam
10Base2Thin Ethernet (koaxiální kabel), délka segmentu max. 185 m,
na segmentu max. 30 stanic
10Base5Thick Ethernet, koaxiální kabel (tlustý), délka segmentu max. 500 m
a nejvýše 100 stanic
10BaseFEthernet, optická vlákna (multimode duplex délka segmentu 2 km)
10BaseTKroucená dvoulinka (Twisted Pair), poloviční nebo plný duplex,
délka kabelu do 100 m
100BaseTXFast Ethernet, kroucená dvoulinka kategorie 5,
poloviční nebo plný duplex, kabel do 100 m
100BaseT4Fast Ethernet, UTP kategorie 3, používají se 4 páry vodičů,
kabel do 100 m
100BaseFXFast Ethernet, optická vlákna, dosah podle typu vlákna
1000BaseSXGigabit Ethernet, optická vlákna multimode, 850 nm, plný duplex
1000BaseLXGigabit Ethernet, optická vlákna multimode nebo singlemode,
1 300 nm, plný duplex
1000BaseCXGigabit Ethernet, kroucená dvoulinka (Twisted Pair) ještě není
schváleno









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.