Nośniki, połączenia i kolizje

Warstwa fizyczna

Pierwsza warstwa modelu OSI nazywana jest warstwą fizyczną. Jest ona odpowiedzialna za przesyłanie strumieni bitów. Odbiera ramki danych z warstwy 2., czyli warstwy łącza danych, i przesyła szeregowo, bit po bicie, całą ich strukturę oraz zawartość. Jest ona również odpowiedzialna za odbiór kolejnych bitów przychodzących strumieniem danych. Strumienie te są następnie przesyłane do warstwy łącza danych w celu ich ponownego ukształtowania.

Nośniki w sieciach LAN

Ze wszystkich organizacji zatwierdzających listę standardów największy wpływ na standardy mediów sieciowych miały organizacje IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), oraz TIA/EIA (Telecommunications Industry Association/Electronic Industries Alliance)

Kabel koncentrycznyTechnologia oparta na kablu koncentrycznym przechodzi do historii.

Obarczona jest ona wieloma wadami, które powodują rezygnowanie z jej stosowania.

Wyróżnia się dwa rodzaje kabla koncentrycznego: Ethernet cienki – 10Base-2 (Thin Ethernet) oznaczenie kabla RG-58, o

impedancji falowej 50 omów i grubości 1/4 ’’. Ethernet gruby – 10Base-5 (Thick Ethernet) oznaczenie kabla RG-8 i RG-

11, o impedancji falowej 50 omów i grubości 1/2 ’’. Praktycznie nieużywany, poza instalacjami w specjalnych celach.

Zalety kabla koncentrycznego:

    - ze względu na posiadaną ekranizację, jest mało wrażliwy na zakłócenia i szumy,  -         jest tańszy niż ekranowany kabel skręcany,-         posiada twardą osłonę, dzięki czemu jest bardziej odporny na uszkodzenia fizyczne.

Kabel koncentrycznyWady kabla koncentrycznego:

-         ograniczenie szybkości do 10Mbit,-         niewygodny sposób instalacji (duże łącza, terminatory, łączki T, duża grubość i niewielka elastyczność kabla),-         słaba skalowalność (problemy z dołączeniem nowego komputera),-         niska odporność na poważne awarie (przerwanie kabla unieruchamia dużą część sieci),-         trudności przy lokalizowaniu usterki,

Źródło transmisji: Elektryczne Współpracujące topologie: 10Mb Ethernet Maksymalna długość segmentu: 185 m Minimalna długość kabla: 0,5 m Maksymalna liczba stacji: 30 na jeden segment kabla Maksymalna całkowita długość sieci: 925 m

Kabel koncentryczny

Kabel koncentryczny (koncentryk) składa się z zewnętrznej cylindrycznej osłony przewodzącej otaczającej pojedynczy, wewnętrzny przewód – te dwa przewodniki oddzielone są izolacją. W centrum kabla znajduję się pojedynczy przewód miedziany.

Zakończenia kabla koncentrycznego

Terminator

Uziemienie

Zakończenia kabla koncentrycznego

Zakończenia kabla koncentrycznego

Trójnik - Końcówka T

Przykładowa sieć na grubym koncentryku

Przykładowa sieć na cienkim koncentryku

Zastosowanie sieci koncentrycznejChociaż sieć 10Base-2 jest technologią wychodzącą z użytku, nadal

może się okazać przydatna w niektórych zastosowaniach. Przykładowo przy instalacji małej sieci domowej - do 5 komputerów - koszt (tanie używane karty sieciowe, brak dodatkowych urządzeń sieciowych – koncentratora) takiej instalacji jest o wiele niższy od instalacji z wykorzystaniem skrętki. Ponadto przy niewielkiej liczbie komputerów problemy z diagnozowaniem uszkodzeń fizycznych sieci nie są zbyt duże.

Ciekawym zastosowaniem tej technologii, stają się ostatnio sieci osiedlowe. W przypadku odległości pomiędzy blokami powyżej 100 m, często wykorzystuje się przewód koncentryczny. Dodatkowo, kabel ten jest mocniejszy mechanicznie i bardziej odporny na warunki zewnętrzne, co ułatwia jego instalację na zewnątrz budynków.

Ponadto w środowiskach o dużych szumach elektromagnetycznych, również objawiają się zalety kabla koncentrycznego.

Kabel skrętka 10BaseTW użyciu są trzy rodzaje skrętki:- skrętka ekranowana (STP – Shielded Twisted-pair)

Kabel skrętka 10BaseT- skrętka foliowana (FTP – Foil Twisted-pair) zwany tez

ScTP

Kabel skrętka 10BaseT- skrętka nieekranowana (UTP – Unshielded Twisted-pair)

Końcówki skrętki (RJ-45)

Prosty

Krosowany Wykorzystywane są przewody zielony, pomarańczowy, biało – zielony, biało – pomarańczowy.

Rodzaje połączeń skrętki

Wyróżniamy 2 rodzaje połączeń końcówek kabla UTP: zgodny      - końcówka 1 do 1, końcówka 2 do 2, itd. – np.:

połączenie Ethernet pomiędzy koncentratorem i kartą sieciową komputera,

krzyżowy  - (cross-over) odwraca tylko niektóre połączenia, często spotykane przy połączeniach pomiędzy koncentratorami lub przy łączeniu dwóch komputerów bez pośrednictwa koncentratora.

Kabel skrętkaZalety skrętki:

-      jest najtańszym medium transmisji (jeśli chodzi o cenę metra, bez uwzględniania dodatkowych urządzeń),-      wysoka prędkość transmisji (do 1000Gb/s),-      łatwe diagnozowanie uszkodzeń,-      łatwa instalacja,-      odporność na poważne awarie (przerwanie kabla unieruchamia najczęściej tylko jeden komputer),-      jest akceptowana przez wiele rodzajów sieci,      

Wady skrętki:

-      niższa długość odcinka kabla niż w innych mediach stosowanych w Ethernecie,-      mała odporność na zakłócenia (skrętki nie ekranowanej),-      niska odporność na uszkodzenia mechaniczne – konieczne jest instalowanie specjalnych listew naściennych itp.

Kabel skrętka Źródło transmisji: Elektryczne Współpracujące topologie: 10Mb, 100Mb i 1Gb Ethernet, FDDI,

ATM Maksymalna długość kabla: 100 m  Dla szybkości 100Mb/s istnieją dwa różne media: 100Base-TX   - skrętka kategorii 5, wykorzystane 2 pary (tak

jak w 10Base-T).100Base-T4   - skrętka kategorii 5, wykorzystane 4 pary.

Dla szybkości 1000Mb/s została przewidziana również skrętka kategorii 5 wykorzystująca wszystkie 4 pary.

W przypadku wykorzystania skrętki w środowiskach o dużych szumach elektromagnetycznych, stosuje się ekranowany kabel skręcany (STP). Zbudowany jest on z czterech skręcanych ze sobą par przewodów miedzianych, otoczonych ekranującą siatką lub folią i umieszczonych w izolacyjnej osłonie.

ŚwiatłowódObecnie najnowocześniejszym medium transmisyjnym jest

światłowód (Fiber Optic Cable). Cienkie włókna szklane zamykane są w plastykowe osłony, co umożliwia ich zginanie nie powodując łamania . Nadajnik na jednym końcu światłowodu jest wyposażony w diodę świecącą lub laser, które służą do generowania impulsów świetlnych przesyłanych włóknem szklanym. Odbiornik na drugim końcu używa światłoczułego tranzystora do wykrywania tych impulsów.

Stosowane typy światłowodów:

Jednomodalny – nazywany jest także osiowym, ponieważ światło wędruje po osi kabla. Do 10 Gb/s. Głównie do sieci WAN.

Wielomodalny – fale światła wchodzą do szklanego kanału pod różnymi kątami i nie wędrują osiowo, co oznacza, że stale odbijają się od ścian szklanej rurki. Głównie sieci LAN.

Światłowód

Koszulka zewnętrzna

Włókna wzmacniające Płaszcz

Rdzeń

Budowa światłowodu1.      Włókno optyczne, złożone z dwóch rodzajów szkła o różnych współczynnikach załamania (Refraction Index):-         cześć środkowa   – rdzeń (Core), najczęściej o średnicy 62,5 um (rzadziej 50um)-         część zewnętrzną – płaszcz zewnętrzny (Cladding), o średnicy 125 um;2.      Warstwa akrylowa 3.      Tuba – izolacja o średnicy 900 um.4.      Oplot kewlarowy.5.      Izolacja zewnętrzna.

Standardy transmisji światłowodowychNajważniejszymi dla technologii światłowodowej, z naszego punktu widzenia, są:     10Base-FL – transmisja 10Mb/s.   100Base-FX – transmisja 100Mb/s. 1000Base-LX – transmisja 1000Mb/s, laser długofalowy – ok. 1300nm 1000Base-SX – transmisja 1000Mb/s, laser krótkofalowy – ok. 850nm Transmisja za pomocą światłowodu wymaga najczęściej, przynajmniej dwóch kabli.

Jeden do transmisji a drugi do odbierania danych. Do standardowej karty sieciowej podłącza się je poprzez konwerter nośników, do którego z jednej strony dochodzą oba połączenia światłowodu, a do drugiej gniazdo RJ-45 (dawniej częściej spotykane AUI – wtedy to urządzenie nazywa się transceiver). Najczęściej w tej technologii używa się kabla wielomodowego MMF (multi-mode fiber). Możliwa jest transmisja typu full-duplex, w trybie tym możliwe są połączenia dłuższe niż 2000 m, ponieważ nie grają w tym momencie roli ograniczenia standardu CSMA/CD związane ze szczeliną czasową. Przy zastosowanych dobrej jakości światłowodach i transceiverach możliwe jest nawet osiągnięcie 5 km. Standard 10Base-FL jest idealny do połączeń pomiędzy oddalonymi od siebie budynkami danej firmy. Połączenia takie są zupełnie odporne na zakłócenia elektromagnetyczne.

Łączniki światłowodowe.

Specyfikacja Ethernet10Base2 10Base5 10BaseT 100BaseTX 100BaseFX

Media Gruby kabel koncentryczny RG-58 A/U

Cienki kabel koncentryczny RG-8 lub RG-11

TIA/EIA UTP kat 3, 4, 5, i 5e, 2 pary

TIA/EIA UTP kat 5 i 5e, 2 pary

62.2/125 – mikronowe włókno wielofunkcyjne

Typ złącza Złącze BNC AUI/DIX Modularne złącze RJ - 45

Modularne złącze RJ - 45

Złącze interfejsu w systemie duplex (MIC) ST

Maksymalna długość segmentu

185 m 500 m 100 m 100 m 412 m

Topologia Magistrala Magistrala Gwiazda Gwiazda Punkt – Punkt

Szybkość trnasmisji

10 Mb/s 10 Mb/s 10 Mb/s 100 Mb/s 100 Mb/s

Testery kabliZa pomocą testerów

kabli można przeprowadzić testy ogólnych możliwości kabla. Obejmują one długość kabla, lokalizowanie niewłaściwych połączeń, tworzenie map przewodów w celu wykrycia skrzyżowanych par, pomiar osłabienia sygnału, wykrywanie przesłuchu, wykrywanie rozdzielonych par, testy poziomu szumów oraz wykrywanie kabli umieszczonych w ścianach.

Łączność bezprzewodowa.

Nie wymagają medium w postaci kabla

Wykorzystuje się: Fale radiowe Mikrofale Fale światła podczerwonego Światło laserowe

RadioFale elektromagnetyczne mogą być wykorzystywane nie tylko do

nadawania programów telewizyjnych i radiowych, ale i do transmisji danych komputerowych. Nieformalnie o sieci, która korzysta z elektromagnetycznych fal radiowych, mówi się, że działa na falach radiowych, a transmisję określa się jako transmisję radiową. Sieci takie nie wymagają bezpośredniego fizycznego połączenia między komputerami. W zamian za to każdy uczestniczący w łączności komputer jest podłączony do anteny, która zarówno nadaje, jak i odbiera fale.

Anteny używane w sieciach mogą być duże lub małe w zależności od żądanego zasięgu. Antena zaprojektowana na przykład do nadawania sygnałów na kilka kilometrów przez miasto może składać się z metalowego słupka o długości 2 m zainstalowanego na dachu. Antena umożliwiająca komunikację wewnątrz budynku może być tak mała, że zmieści się wewnątrz przenośnego komputera (tzn. mniejsza niż 20 cm).

Anteny do sieci bezprzewodowej

Bezprzewodowe karty sieciowe

Routery bezprzewodowe

MikrofaleDo przekazywania informacji może być również używane

promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwościach spoza zakresu wykorzystywanego w radio i telewizji. W szczególności w telefonii komórkowej używa się mikrofal do przenoszenia rozmów telefonicznych. Kilka dużych koncernów zainstalowało systemy komunikacji mikrofalowej jako części swoich sieci.

Mikrofale, chociaż są to tylko fale o wyższej częstotliwości niż fale radiowe, zachowują się inaczej. Zamiast nadawania w wszystkich kierunkach mamy w tym przypadku możliwość ukierunkowania transmisji, co zabezpiecza przed odebraniem sygnału przez innych. Dodatkowo za pomocą transmisji mikrofalowej można przenosić więcej informacji niż za pomocą transmisji radiowej o mniejszej częstotliwości. Jednak, ponieważ mikrofale nie przechodzą przez struktury metalowe, transmisja taka działa najlepiej, gdy mamy "czystą" drogę między nadajnikiem a odbiornikiem. W związku z tym większość instalacji mikrofalowych składa się z dwóch wież wyższych od otaczających budynków i roślinności, na każdej z nich jest zainstalowany nadajnik skierowany bezpośrednio w kierunku odbiornika na drugiej.

Anteny mikrofalowe

Anteny mikrofaloweSieci mikrofalowe są powszechnie wykorzystywane np. do

•komunikacji i przesyłania danych między szpitalami

•połączeń w publicznej telefonii naziemnej

•komunikacji głosowej i wizyjnej oraz wymiany danych między oddziałami banków

•komunikacji głosowej, wizyjnej oraz w transmisji danych przez przedsiębiorstwa zajmujące się wydobyciem ropy

PodczerwieńBezprzewodowe zdalne sterowniki używane w

urządzeniach takich jak telewizory czy wieże stereo komunikują się za pomocą transmisji w podczerwieni. Taka transmisja jest ograniczona do małej przestrzeni i zwykle wymaga, aby nadajnik był nakierowany na odbiornik. Sprzęt wykorzystujący podczerwień jest w porównaniu z innymi urządzeniami niedrogi i nie wymaga anteny.

Transmisja w podczerwieni może być użyta w sieciach komputerowych do przenoszenia danych. Możliwe jest na przykład wyposażenia dużego pokoju w pojedyncze połączenie na podczerwień, które zapewnia dostęp sieciowy do wszystkich komputerów w pomieszczeniu. Komputery będą połączone siecią podczas przemieszczania ich w ramach tego pomieszczenia. Sieci oparte na podczerwień są szczególnie wygodne w przypadku małych, przenośnych komputerów.

Światło laseroweŚwiatło może zostać użyte do komunikacji poprzez

światłowody. Promień światła może być również użyty do przenoszenia danych powietrzem. W połączeniu wykorzystującym światło są dwa punkty - w każdym znajduje się nadajnik i odbiornik. Sprzęt ten jest zamontowany w stałej pozycji, zwykle na wieży, i ustawiony tak, że nadajnik w jednym miejscu wysyła promień światła dokładnie do odbiornika w drugim. Nadajnik wykorzystuje laser do generowania promienia świetlnego gdyż jego światło pozostaje skupione na długich dystansach.

Światło lasera podobnie jak mikrofale porusza się po linii prostej i nie może być przesłaniane. Niestety promień lasera nie przenika przez roślinność. Tłumią go również śnieg i mgła. To powoduje, że transmisje laserowe mają ograniczone zastosowanie.

Kolizje i domeny kolizji.Kolizja ma miejsce wtedy kiedy dwa bity z

komunikujących się ze sobą komputerów znajdują się w wspólnym medium w tym samym czasie. W przypadku medium miedzianego, napięcia dwóch binarnych sygnałów sumują się i powodują trzeci poziom napięcia. Bity ulegają uszkodzeniu i przesyłana informacja ulega zniszczeniu.

W pewnych technologiach, np. Ethernet, kolizje są nieodłączną częścią funkcjonowania sieci. Jednak nadmierna liczba kolizji może spowolnić działanie sieci lub całkiem je wstrzymać. Protokoły takie jak TokenRing oraz FDDI w ogóle nie znają kolizji.

Obszar w sieci, którego pochodzą pakiety danych ulegające kolizji jest nazywany domeną kolizji.

Kolizje i domeny kolizji.Zasada czterech wzmacniaków.

W sieci Ethernet mówi o tym, że między dowolnymi dwoma komputerami w sieci, mogą być zainstalowane co najwyżej cztery wzmacniaki, lub koncentratory wzmacniające sygnał. Jeśli limit ten zostanie przekroczony liczba kolizji wzrasta drastycznie. Duża ilość kolizji powoduje opóźnienia konsumpcyjne, które zmniejszają wydajność sieci.

Kolizje i domeny kolizji.Dzielenie domen kolizji na segmenty.

Rozmiar domen kolizji można zredukować poprzez zastosowanie inteligentnych urządzeń sieciowych, które dzielą domeny kolizji. Przykładami tego typu urządzeń są mosty, przełączniki i routery. Rozwiązanie to sprawdza się wtedy, gdy między segmentami nie jest zbytnio nasilony. W innym przypadku, most może spowodować powstanie wąskiego gardła i spowolnić komunikację.

Bibliografia, autorzy

ABC Sieci komputerowych Joe Habraken Akademia Sieci CISCO Ethernet Adam Białek, Artur Panek LAN K. Walkowiak www.wikipedia.org www.dekanex.pl http://sieci.krysiak.info/3ethernet.htm