Sieci Komputerowe Fizyczna budowa sieci - kable, złącza. dr Zbigniew Lipiński Instytut Matematyki i Informatyki ul. Oleska 48 50-204 Opole zlipinski@math.uni.opole.pl
Zagadnienia Kable w standardzie Ethernet. Złącza. Budowa kabla swiatłowodowego: Kable światłowodowe jednomodowe, wielomodowe. Zasada transmisji danych w światłowodach. 2
Kable w standardzie Ethernet Oznaczenie standardu: xxxbaset-y xxx -szybkości sygnału w Mbps. T - Twisted, oznaczenie stosowane dla kabli typu skrętka. Base - metoda transmisji. Transmisja w paśmie podstawowym - baseband. y - maksymalna długość kabla w metrach, zaokrąglona do 100 i podzielona przez 100. Transmisja w paśmie podstawowym (baseband communication) pasmo przenoszenia zaczyna się od zerowej częstotliwości. Np. w Etherncie transmisja zachodzi w paśmie podstawowym i nie jest wymagana modulacja sygnału. Transmisja wąskopasmowa (narrowband communication) pasmo przenoszenia zaczyna się od niezerowej częstotliwości. Urządzenia transmitują dane w wąskim paśmie częstotliwości. Przykład. Transmisja telefonicza, zakres 300 Hz - 3400 Hz. Transmisja szeroko-pasmowa (broadband communication) pasmo przenoszenia zaczyna się od niezerowej częstotliwości. Urządzenia transmitują dane w szerokim paśmie częstotliwości. Przykłady. Transmisja radiowa z widmem rozproszonym. 3
Kable w standardzie Ethernet Odmiany standardu Ethernet - IEEE 802.3a: 10Base-2, cienki Ethernet, 10 Mb/s, max. długość 185 m. 10Base-5, gruby Ethernet, 10Mb/s, max. długość 500 m. 10BaseT, skrętka, 10 Mb/s. 10BaseFP, 10BaseFB, 10BaseFL, 10BaseFOIRL, światłowód, max. wielkość segmentu 2.5 km. Standard 10Base w warstwie fizycznej stosowane jest kodowanie Manchester. Fast Ethernet standard IEEE 802.3u: 100BaseT, skrętka UTP, pasmo 20 MHz, max. długość 100 m, 100BaseTX, skrętka UTP, STP kategorii 5, kodowanie 4B/5B + kodowanie MLT-3. 100BaseT4, skrętka kat 3, kodowanie 8B/6T. 100BaseFX, światłowód wielomodowy, długość do 2 km, kodowanie 4B/5B + kodowanie NRZI. 4
Kable w standardzie Ethernet Gigabit Ethernet standard IEEE 802.3z: 1000Base-T, skrętka UTP5e, max. długość 100 m, kodowanie 8B/10B + kodowanie 4D-PAM5. 1000Base-SX, światłowód wielomodowy, długość do 500 m, kodowanie 8B/10B + kodowanie NRZ. 1000Base-LX, światłowód jedno/wielomodowy, dług. do 550 m, kodowanie 8B/10B + NRZ. 1000Base-CX, skrętka STP, max. długość do 25 m, kodowanie 8B/10B + kodowanie NRZ. W standardzie IEEE 802.3z transmisja w trybie full duplex moŝe odbywać się tylko między dwoma hostami (połączenie point-to-point), dlatego w tym trybie transmisji nie ma kolizji i protokół CSMA/CD nie musi być stosowany. 5
Kable w standardzie 10 Gigabit Ethernet Standard 10 Gigabit Ethernet, 10GbE, IEEE 802.3ae: 10GBASE-SR, odległości 26 m - 82 m, światłowody wielomodowe, 10GBASE-LX4, odległości 240 m - 300 m dla światłowodu wielomodowego i do 10 km dla światłowodu jednomodowego, 10GBASE-LR i 10GBASE-ER, światłowód jednomodowy, odległości 10 km i 40 km, 10GBASE-SW, 10GBASE-LW i 10GBASE-EW (wspólna nazwa 10GBASE-W), przeznaczone do pracy w sieciach SONET/SDH WAN opartych na standardzie STM (Synchronous Transport Module) OC-192 6
Kable w standardzie 10 Gigabit Ethernet W standardzie 10GBASE-LX4 do transmisji danych stosowana jest metoda WWDM (Wide Wavelength Division Multiplex), w której do światłowodu wprowadzane jest światło o czterech długościach fal co pozwala na jednoczesne multipleksowanie czterech strumieni bitów. Cechy standardu 10 GbE: format ramki jest taki sam jak dla standardu Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, transmisja tylko w trybie full-duplex, nie jest stosowany protokół CSMA/CD, metoda kodowania sygnałów 8B/10B, 64B/66B. 7
Cienki Ethernet 10Base-2 (thin Ethernet) Cienki Ethernet - 10Base-2 zbudowany jest z 50-ohmowego kabla koncentrycznego, oznaczony symbolem RG-58. Długość kabla: min. 0.5 m, max. 185 m. Max. prędkości transmisji: 10 Mb/s. Max. ilość węzłów: 30. Max. liczba segmentów: 5 (max. długość sieci 925 m). Karta sieciowa połączona jest z kablem za pomocą złącza BNC. 8
Cienki Ethernet 10Base-2 (thin Ethernet) Kabel RG-58 Trojnik Terminator Sieć zbudowana w standardzie thin ethernet 9
Gruby Ethernet 10Base-5 (thick Ethernet) Standard 10Base-5 - gruby Ethernet. Kabel koncentryczny oznaczony symbolem RG-11. Podstawowe parametry standardu 10Base-5: grubość kabla 10 mm oporność 50 ohm ów max. prędkości transmisji 10 Mb/s max. długość segmentu 500 m max. liczba segmentów 5, tzn. max. długość sieci 2500 m max. liczba węzłów 100. 10
Skrętka Standardy skrętki: skrętka kategorii 1, kabel telefoniczny skrętka kategorii 2, szybkość 4 Mb/s skrętka kategorii 3, szybkość do 10 Mb/s skrętka kategorii 4, do 16 Mb/s skrętka kategorii 5, do 100 Mb/s, np. Fast Ethernet skrętka kategorii 6, 622 Mb/s, np. sieci ATM. Oporność skrętki - 100 ohmów. Rodzaje skrętki: kabel nieekranowany UTP, (ang.) Unshielded Twisted-Pair kabel ekranowany STP, (ang.) Shielded Twisted-Pair. Skretka STP kat. 5 11
Łączenie urządzeń za pomocą skrętki Rodzaje kabli: prosty, kabel stosowany do łączenia urządzeń: komputer-switch, switch-router, skrosowany, kabel stosowany do łączenia switch-switch, komputer-komputer, komputer-router,. odwrócny (rollover), łączenie portu AUX routera z modemem. Dlaczego krosujemy kable?
RJ45 Pin # Łączenie urządzeń za pomocą skrętki Kolor kabla (T568A) Kabel prosty. Standard T568A. Symbol (T568A) Sygnał 10Base-T Sygnał 100Base-TX Sygnał 1000Base-T 1 Biało-Zielony Transmisja+ BI_DA+ 2 Zielony Transmisja- BI_DA- 3 Biało-Pomarańczowy Odbiór+ BI_DB+ 4 Niebieski NieuŜywany BI_DC+ 5 Biało-Niebieski NieuŜywany BI_DC- 6 Pomarańczowy Odbiór- BI_DB- 7 Biało-Brązowy NieuŜywany BI_DD+ 8 Brązowy NieuŜywany BI_DD- RJ45 Pin # Kolor kabla (T568A) Kabel prosty. Standard T568B. Symbol (T568A) Sygnał 10Base-T Sygnał 100Base-TX Sygnał 1000Base-T 1 Biało-Pomarańczowy Transmisja+ BI_DA+ 2 Pomarańczowy Transmisja - BI_DA- 3 Biało-Zielony Odbiór+ BI_DB+ 4 Niebieski NieuŜywany BI_DC+ 5 Biało-Niebieski NieuŜywany BI_DC- 6 Zielony Odbiór- BI_DB- 7 Biało-Brązowy NieuŜywany BI_DD+ 8 Brązowy NieuŜywany BI_DD-
Kabel krosowany Kabel krosowany. Standard T568A, 1000Base-T. RJ45 Pin # Koniec 1 Kolor kabla Symbol RJ45 Pin # Koniec 2 Kolor kabla Symbol 1 Biało-Zielony 1 Biało-Pomarańczowy 2 Zielony 2 Pomarańczowy 3 Biało-Pomarańczowy 3 Biało-Zielony 4 Niebieski 4 Biało-Brązowy 5 Biało-Niebieski 5 Brązowy 6 Pomarańczowy 6 Zielony 7 Biało-Brązowy 7 Niebieski 8 Brązowy 8 Biało-Niebieski Kabel krosowany. Standard T568B, 1000Base-T. RJ45 Pin # Koniec 1 Kolor kabla Symbol RJ45 Pin # Koniec 2 Kolor kabla Symbol 1 Biało-Pomarańczowy 1 Biało-Zielony 2 Pomarańczowy 2 Zielony 3 Biało-Zielony 3 Biało-Pomarańczowy 4 Niebieski 4 Biało-Brązowy 5 Biało-Niebieski 5 Brązowy 6 Zielony 6 Pomarańczowy 7 Biało-Brązowy 7 Niebieski 8 Brązowy 8 Biało-Niebieski
Typy złącz Złącza w standardzie Ethernet: RJ-45 BNC dla standardu 10Base-2 15-stykowe złącze DIX. Pin 1 Złącze RJ-45 Zlacze BNC 15
Kable światłowodowe Typy kabli światłowodowych : jednomodowe wielomodowe. Źródła światła kablach światłowodowych: dioda elektorluminescencyjna (dioda LED, Light Emitting Diode), stosowana w światłowodach wielomodowych, laser, stosowany w światłowodach jedno-, wielomodowych. Transmisja w światłowodach odbywa się w jednym kierunku, dlatego kable światłowodowe występują parami (R receive, T transmit). 16
Zakresy długości fal elektromagnetycznych mm = 10-3 m, 1 nm = 10-9 m Promieniowanie Gamma - 10-11 m Promieniowanie X (Roentegna) 10-11 m - 10-9 m Widmo optyczne Ultrafiolet 1 nm - 380 nm Światło widzialne 380 nm - 780 nm (częstotliwość 10 15 Hz) 380-436 nm fiolet 436-495 nm niebieski 495-566 nm zielony 566-589 nm Ŝółty 589-627 nm pomarańczowy 627-780 nm czerwony Podczerwień 780 nm 10-3 m = 1 mm = 10 6 nm <- światło w światłowodzie Mikrofale 1 mm - 30 cm Fale radiowe 30 cm 10-4 m fale ultrakrótkie 0,3 m 10m 30 1000 MHz fale krótkie 10 m - 75 m 4-30 MHz fale średnie i pośrednie 75m - 1 km 0.3-4 MHz fale długie 1 km - 10 km 0.03-0.3 MHz fale bardzo długie 10 km - 100 km 0.003-0.03 MHz
Kable światłowodowe w standardzie Ethernet Kable światłowodowe w standardzie Ethernet: 10BASE-FP, 10BASE-FB 10BASE-FL, 10BaseFOIRL 100BaseFX 1000Base-SX, 1000Base-LX. Cechy standardu 10BaseFOIRL: źródło światła: laserowa dioda ILD (injekcyjna dioda laserowa, 850 nm). kabel światłowodowy o średnicy 8,3 µm max. odległość miedzy węzłami 2 km szybkość transmisji 10 Mb/s. Cechy standardu 100BaseF: źródło światła: laserowa dioda ILD (injekcyjna dioda laserowa, 1300 nm) szybkość transmisji 100 Mb/s. Oznacznie: mikro µ = 10-6 nano n = 10-9 18
Kable światłowodowe w standardzie Ethernet Standard 1000Base-SX: źródło światła - laser 850 nm typ kabla -światłowód wielomodowy 62,5 µm lub 50 µm wielkość segmentu sieci do 300 m. Standard 1000Base-LX: źródło światła laser 1300 nm typ kabla światłowód jedno-, wielomodowy wielkość segmentu do 3000 m (jednomodowy), 550 m (wielomodowy). 19
Budowa kabla światłowodowego Włókno optyczne, złoŝone jest z dwóch rodzajów szkła o roŝnych współczynnikach załamania: cześć środkowa, rdzeń: GeO2 + SiO2. cześć zewnętrzna, płaszcz: SiO2. Warstwa izolacyjna. Istnieją teŝ światłowody zbudowane z tworzyw sztucznych. izolacja rdzen plaszcz Budowa kabla swiatlowodowego 20
Rozmiar włókna światłowodu jedno- i wielomodowego Rozmiar wlokna swiatlowodu jednomodowego [ m] µ Rozmiar wlokna swiatlowodu wielomodowego [ µ m] 8.3 125 62.5 125 21
Światłowód jednomodowy W światłowodzie jednomodowym propagowana jest pojedyncza fala, (jeden mod). Źródłem światła jest laser emitujący fale o długości 1310 nm lub 1550 nm. W światłowodzie jednomodowym brak jest dyspersji (rozproszenia światła). Kable jednomodowe moŝna stosować na odległość do 150 km. 22
Światłowód wielomodowy W światłowodach wielomodowych kilka fal świetlnych (kilka modów światła) jest wprowadzanych do światłowodu pod roŝnymi kątami. Źródłem światła światłowodzie wielomodowym są: dioda (LED), światło o długości fali 850 nm i 1300 nm laser, światło o długości fali do 1300 nm. W światłowodach wielomodowych występuje zjawisko rozszczepienia wiązki wysyłanego światła. Wprowadzane pod roŝnymi kątami mody światła, poruszają się po roŝnych torach i docierają do odbiorcy w roŝnym czasie, zjawisko to nosi nazwę dyspersji modalnej. Z powodu dyspersji, w światłowodach wielomodowych stosuje się lasery o max. długości 1300 nm. Dyspersja chromatyczna oznacza rozszczepienie wiązki światła, spowodowane róŝną prędkością rozchodzenia się fal o roŝnych częstotliwościach w ośrodku o danym współczynniku załamania. 23
Światłowód wielomodowy. Indeks kroku. Indeks kroku jest odległością jaka przebywa światło w światłowodzie bez odbić wewnętrznych. Indeks kroku zaleŝy od kąta wprowadzania światła do światłowodu. Wartość indeksu kroku ma wpływ na drogę jako przebywa światło w światłowodzie. Długość przebywanej drogi ma wpływ na stopień dyspersji światła (dyspersja modalna). 24
Zasada transmisji w światłowodzie Promień światła porusza się w rdzeniu światłowodu, o współczynniku załamania n1 = c/v1, v1 - prędkość światła w rdzeniu, c - prędkość światła próŝni. Współczynnik załamania płaszcza n2 = c/v2. Prędkość światła w rdzeniu v1 jest mniejsza od prędkości światła w płaszczu v2, v2 > v1, tzn. n1 > n2. Dla współczynnika załamania n1 > n2 fala ulega odbiciu od płaszcza. Ilość odbitego światła zaleŝy od kata padania fali i współczynników n1, n2. PowyŜej pewnego kata padania zachodzi zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia i światło porusza się w rdzeniu bez strat energii. 25
Apertura numeryczna światłowodu Apertura numeryczna - maksymalny kat pod którym światło moŝe wejść do światłowodu. NA - apertura numeryczna n1, n2 - współczynniki załamania rdzenia i płaszcza 2 2 NA = sin α 0 ( n 1 n ) 2 26
Złącza światłowodowe Źródło: Złacza typu ST, SC, duplex-sc, FDDI Źródło: Złącza duplex-sc 27
Max. szybkość transmisji w kablach Max. praktyczna szybkość transmisji w kablach miedzianych: STP 155 Mbps UTP-3 25.6 Mbps - 51.84 Mbps UTP-5 155 Mbps Kabel koncentryczny 45 Mbps - 155 Mbps. W paśmie 0-300 GHz, max. szybkość transmisji przy standardowym kodowaniu sygnałów wynosi 9.600 Gbps (9.6 Tbps). Max. praktyczna szybkość transmisji w światłowodach w standardzie SONET/SDH: STS-1 51.84 Mbps STS-3 155.52 Mbps STS-9 466.52 Mbps STS-12 622.08 Mbps STS-18 933.12 Mbps STS-24 1244.16 Mbps STS-36 1866.24 Mbps STS-48 2488.32 Mbps STS, (ang.) Synchronous Transport Signal. 28