1.       Rozdělení počítačových sítí

 

Počítačová síť je souhrn technického a programového vybavení, které umožňuje vzájemné propojení počítačů za účelem vzájemné komunikace uživatelů sítě a sdílení prostředků sítě.

            Sítě pro přenos dat je možné dělit dle řady různých kriterií. Nejčastěji dochází k dělení sítí dle přenosové rychlosti při komunikaci a vzdále­nosti spojení.

 

1.1.       LAN - Lokální počítačové sítě (Local Area Networks)

Lokální sítě jsou dílčí částí počítačových sítí, jejich hlavní charakteristikou je jejich vazba na lokální prostor (např. budova) tj. rozlohy řádově stovek až tisíců m. Jednou z dalších charakteristik je jejich privátnost, tj. i když se jedná o komunikační zařízení, není třeba žádného povolení k jejich provozu. V současné době se tyto sítě integrují do větších celků.

Tyto sítě můžeme dále dělit dle vzájemného vztahu mezi jednotlivými počítači v síti na sítě :

 

·        Peer to peer (rovný s rovným)

Jednotlivé počítače nejsou v žádném vztahu podřízenosti, jsou rovnocenné a dle požadavků nabízejí svoje prostředky ke sdílení v síti. Zpravidla jsou využívány v jednodušších sítích (cca do 10 počítačů) bez větších požadavků na zabezpečení. Programové vybavení pro realizaci těchto sítí bývá často pouhou nadstavbou běžného operačního systému počítače.

 

·        Server to client

V této síti má jeden (nebo více) počítačů vyhrazenou funkci – tzv. server. Běží na něm síťový operační systém, jehož prostřednictvím je síť spravována a jsou nabízeny prostředky ke sdílení. Servery mohou být vyhrazené – dedicated, nebo nevyhrazené, tj. je možné je využívat k práci. Ostatní počítače  (často nazývané jako pracovní stanice – WorkStation WS) - tzv.klienti sítě tyto prostředky dle přidělených přístupových práv využívají. Server zpravidla nese název dle typu sdílených prostředků, jako např. souborový, komunikační, tiskový, databázový, faxový apod. Na jednom fyzickém serveru může běžet více serverů. Aplikační programy jsou zpravidla na serveru pouze uloženy, spouštěny jsou na  spouštěny pracovních stanicích.

 

Zvláštním typem tohoto typu sítí jsou sítě terminálové. U tohoto typu sítě jsou k serveru připojeny tzv. terminály, tj. zařízení, jejichž funkce jsou zredukovány na vstup-výstup dat (klávesnice – monitor). Dříve funkci terminálů plnily např. dálnopisy. Bývaly připojeny prostřednictvím sériové linky jako vzdálená zařízení. Časem byly standardizovány (VT100, VT220 apod.). Dnes jsou terminály emulovány na počítačích PC a pracují i v grafickém režimu. Pro každého klienta bývá na serveru spuštěna samostatná verze operačního systému a na serveru běží také aplikace. 

 

1.2.       WAN/GAN - Ro­zlehlé počítačové sítě (Wide/Global Area Networks)

slouží pro propojení a přenosy na vzdálenosti řádově kilometrů. Pokud se pro uskutečnění přeno­su využívá MODEMŮ, je tím omezena maxi­mální rychlost přenosu na řádově desítky kbps.

Do této oblasti patří jednak tzv. globální sítě, pokrývající svým rozsahem rozlehlá území, dále sem  patří prostředky pro propojení lokálních sítí na velké vzdálenosti.  Příkladem globálních sítí může být síť FIDONET, EUNET, CESNET, NEXTEL a samozřejmě Internet. Síť EARN (evropská akademická počítačová síť) propoju­jící západoevropské státy rozšířením Internetu ztrácí na významu.. V USA je obdobou sítí EARN počítačo­vá síť BITNET.

 

1.3.       MAN - Po­čítačové sítě pro městskou zástavbu (Metropolitan Area Networks)

Tyto sítě jsou využívány jako páteře velkých podniků nebo rychlé páteřní sítě městských aglomerací. Tvoří přechodnou hranici mezi sítěmi LAN a WAN. Vzhledem k značně vysokým požadovaným přenos­ovým rychlostem se pro přenos využí­vají optické kabely. Topologicky jsou provedeny systémem tzv. "páteře" (backbone), kde jsou na koncové body napojeny lokální datové sítě. S výhodou se používá např. sítí FDDI a ATM, případně další moderní vysokorychlostní technologie.

 

Počítačové sítě je možné chápat jako jednotu technických a programových prostředků. Technické prostředky zahrnují kabelážní systém, aktivní prvky počítače (síťové karty) a aktivní prvky vlastní sítě (hub, switch), příp.prvky pro propojování sítí (router, gateway). Programové prostředky jsou dány buď síťovou nadstavbou operačních systémů (menší sítě), nebo komplexními síťovými operačními systémy.

 

2.       Lokální počítačové sítě

 

2.1.       Technické prostředky počítačových sítí

LAN je možné charakterizovat přenosovým mediem, přenosovou rychlostí, topologií sítě a metodou přístupu účastníka sítě k přenosovému mediu.

 

2.1.1.      Přenosové médium

Pro spojení pracovních stanic se běžně používá metalické vedení, optické kabely, případně bezdrátové spojení. Donedávna nejčastější koaxiální kabely – coax cabel (např. tenký ethernet) začínají být ve velké míře nahrazovány kroucenou dvojlinkou formou univerzální strukturované kabeláže. Zvláštním případem krouceného páru je IBM kabel, který je navržen na přísnější specifikace IBM. Bývá využívám s sítích Token Ring. Metalické vedení však vykazuje menší odolnost proti elektromagnetickému rušení, a není proto nejvhodnějším prvkem pro aplikace v průmyslovém prostředí. Výhodou optického datového spoje je velmi vysoká odolnost proti elektromagnetickému rušení a proti vlivu agresivních prostředí. Další výhodou je velká šíře přenosového pásma. Mezi nevýhody patří vyšší cena, větší útlum signálu a požadavek na vysokou přesnost výroby spojovacích elementů optických kabelů - optických konektorů. Další problémy vznika­jí při potřebě provedení odboček a přepínání optických sig­nálů. Tento problém je možno řešit použitím aktivních odbočnic a přepojovačů, t.j. pomocí dalšího páru přijímač-vysílač. Aktuální je i bezdrátové spojení.

Při telekomunikačních rozvodech je třeba se řídit standardem ANSI/EIA/TIA-568-1991.

 

Koaxiální label

Koaxiální kabel (Coaxial Cable) je klasické propojovací medium lokálních sítí. Principálně je to nesymetrické metalické vedení tvořené centrálním kovovým (zpravidla měděným, nebo měď obsahujícím) vodičem. Tento vodič je buď plný, nebo splétaný a jeho průměr je jedním z faktorů, které určují útlum signálu. Signálový vodič je obalen izolací – dielektrikem vyrobeným z teflonu nebo polyetylénu. Dále může následovat foliové, zpravidla hliníkové stínění (foil shield), nakonec je celek obklopen stínící splétanou vrstvou (např. opletením z měděných drátků). Stínění poskytuje dobrou ochranu proti elektrickému rušení, ale pouze mírnou proti elektromagnetickému rušení. Základní vlastnosti koaxiálního kabelu jsou charakteristická impedance a provedení. V souvislosti s různými typy standardů lokálních sítích se používá více provedení koaxiálních kabelů lišící se konstrukčním řešením, impedancí, typem dielektrika a zakončovacími konektory. Nejčastější konektory jsou typu BNC. 

 

Výhody použití koaxiálních kabelů :

-         nízké pořizovací náklady

-         značná odolnost proti elektrickému rušení

-         možnost venkovního vedení.

Nevýhody koaxiálních kabelů :

-         dá se snadno poškodit

-         nelze použít v nových vysokorychlostních sítích Ethernet a Token Ring

 

Příkladem kabelů může být :

-      RG 8 Kerpen Special (tzv. tlustý). Má charakteristickou impedanci 50 W. Bývá také označován jako Yellow Cable. Má větší průměr (10 mm), a vzhledem ke kvalitnějšímu dielektriku i vyšší přenosové rychlost a menší útlum. Používá se v sítích dle standardu 10BASE5.

-         RG 58 (tzv. tenký). Koaxiální kabel s impedancí 50 W, průměr cca 6 mm, v provedení vnitřním a venkovním. Používá se v sítích dle standardu 10BASE2.


Obr.1.  Konstrukce koaxiálního kabelu.

 

Kroucená dvojlinka (Twisted Pair)

Jedná se o levný, široce využívaný typ kabelu. Vychází z telefonního kabelu, ale je podstatně kvalitnější. Jeho podstatu tvoří dvojice vzájemně zkroucených izolovaných vodičů (tzv. symetrické vedení). Signál je přenášen jako rozdíl signálů mezi těmito dvěma vodiči. Tento typ signálu je méně náchylný k rušení a útlumu, protože použití rozdílu signálů v principu dává dvojnásobný signál, ale vyruší se přitom náhodná interference v každém vodiči. Zkroucení do páru minimalizuje vzájemné rušení mezi vodiči (crosstalk), omezuje elektromagnetické rušení a ztráty signálu způsobené kapacitním odporem. Další zvýšení odolnosti je možné dosáhnout stíněním - Shielded Twisted pair (STP). Nestíněná dvojlinka je označována jako Unshielded Twisted pair  (UTP).

 
Strukturovaná kabeláž

je univerzální kabeláž, umožňující přenos různých typů přenosů dat, obrazu, hlasu apod. Základem tohoto typu kabeláže je kroucená dvojlinka, zpravidla v dvou nebo čtyřpárovém provedení kabelů. Tyto systémy se začínají používat od počátku 90.let. Systém byl normován v USA v r.1991 jako standard ANSI/EIA/TIA-568. Norma byla aktualizována v r.1995 jako ANSI/EIA/TIA-568A. Spolu s TSB-40 a TSB-36 specifikuje základní přenosové charakteristiky kabelů. 

Standard ANSI/EIA/TIA-568A rozděluje kabely pro horizontální kabeláž na :

       - 4 párový 100 W UTP kabel

       - 2 párový 150 W STP kabel

 

Dle kategorií jsou UTP kabely děleny na :

-         kategorie 3 … do 16 MHz s přenosovou rychlostí až 10 Mbps

-         kategorie 4 … do 20 MHz s přenosovou rychlostí až 16 Mbps

-         kategorie 5 … do 100 MHz. s přenosovou rychlostí až 100 Mbps.

 

Optické kabely

Vzhledem k zvyšujícím se nárokům na propustnost sítí se dnešní metalická média dostávají na hranici svých možností. Proto se pozornost obrací k optice, která má v tomto ohledu dostatečné rezervy. Přenos dat v lokálních sítích optickým kabelem má oproti koaxiálnímu kabelu i kroucené dvojlince celou řadu výhod. Je to především :

·        malé ztráty na velké vzdálenosti

·        podstatně vyšší přenosová kapacita (velká šířka využitelného pásma závislá na typu vlákna, vlnové délce, průběhu útlumu apod.)

·        imunita vůči elektromagnetickému a radiovému rušení

·        nemožnost odposlechu a tím vyšší bezpečnost sítě

 

Přenosová rychlost je přímo závislá na šířce přenášeného pásma. Z tabulky 2 je patrné, že nejvýhodnější z tohoto pohledu je optický kabel.

Velké šířky přenášeného pásma lze dosáhnout nejsnáze tam, kde jsou frekvence přenášených signálů velmi vysoké. Proto je vhodné použití pro přenos dat např.viditelné světlo. Vlastním zdrojem světla může být dioda LED nebo laserová dioda. Detektorem může být fotodioda.

Principiálně je optický kabel je vytvořen z čistého skla (v příp.speciálního plastu) vytaženého do velmi tenkého vlákna, které vytváří jádro kabelu. Toto jádro je obaleno vrstvou skla s indexem lomu nižším, než má jádro.

Optické vlákno má průměr řádově jednotky až desítky mm, vyrobeno je ze skla, nebo plastů.

Dopadá-li paprsek na rozhraní dvou prostředí s různými optickými vlastnostmi (opt.kabel a plášť), část paprsku se odráží zpět a část prostupuje do druhého prostředí. Pokud úhel dopadu není menší, než určitý mezní pro dané prostředí, dochází k úplnému odrazu. V důsledku opakovaných úplných odrazů pak paprsek sleduje dráhu kabelu. Tento způsob přenosu je typický pro tzv. mnohovidové vlákno.  Jejich výhodou je relativně nízká cena, snazší spojování a možnost buzení luminiscenční diodou. Index lomu vlákna přitom může být konstantní (u starších provedení kabelů – tzv. kabely se skokovou změnou indexu lomu), nebo vlákna s plynulou změnou  indexu lomu světla – tzv.gradientní vlákna. 

 

 

 

 

 

 

 


Obr. 6. Skoková změna indexu lomu světla            Obr. 7. Plynulá změna indexu lomu     světla                                                                                 světla

 

Největších přenosových rychlostí se dosahuje na tzv. jednovidových vláknech. Schopnost vést jediný vid bez odrazů i ohybů se dosahuje extrémně malým průměrem (řádově jednotky mm) nebo velmi malým poměrným rozdílem indexů lomu vlákna a pláště. Tato vlákna umožňují přenos až na vzdálenost 100 km bez opakovače, pro buzení vyžadují laserové diody.

 

Optické kabely se vyrábí v provedení :

-         vnitřní (instalace uvnitř budov)

-         univerzální (venkovní a vnitřní instalace)

-         venkovní (odolné proti vlivu prostředí)

-        

vstupní                                                              výstupní

impuls                                                                 impuls

 
speciální (různé ochranné izolace).

 

 

 

 

Topologie

Základními topologiemi počítačových sítí LAN (Local Area Network) jsou:

sběrnice (bus) – tuto topologii používá Ethernet realizovaný koaxiálním kabelem. Existují dvě specifikace, 10Base-2 a 10Base-5, rozdíl je dán typem použitého kabelu a jeho délkou. Protože jde o přežitek nehodný dnešní doby, spokojíme se s konstatováním, že tato topologie má několik nevýhod (např. obtížnou identifikaci příčin závad, topologickou omezenost počtu uzlů i vzdáleností mezi nimi, striktní sdílení pásma bez možnosti významněji ovlivnit tuto vlastnost použitím aktivních prvků atd.) a jedinou výhodu, kterou je cena řešení.


kruh (ring) – tato topologie je založena na tom, že vysílací část jednoho uzlu je zapojena do přijímací části uzlu následujícího; typickými technologiemi používajícími topologii kruhu jsou Token Ring a FDDI. Jak Token Ring tak FDDI používají kruh logicky, ale fyzicky je topologie tvořena hvězdou s centrálním prvkem.


hvězda (star) – tato topologie představuje současný trend vytváření počítačových sítí. Spoje od koncových přípojných uzlů jsou vedeny do centrálního uzlu, kde je prvek realizující propojení koncových uzlů. Podíváme-li se na topologii obecně, vidíme, že struktura je vhodná nejen pro sítě (Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM), ale i pro telefonní ústředny; prvek spojující uzly je pak v místě s označením Star (viz. obr.).

V případě počítačových sítí bývá centrální prvek označen jako aktivní prvek; paradoxem je, že aktivní prvek pro Token Ring může být pasivní :-).