Media transmisyjne stosowane w sieciach komputerowych Laboratorium Numer 1 Chcąc mówić o mediach transmisyjnych zacznijmy od początku. Powiedzmy sobie czym są media i jakie moŝemy wyróŝnić. Medium jest to środowisko w którym przekazywany jest sygnał. WyróŜniamy parę typów medium np.: kable miedziane mały rozwój dwutorowy, skrętke telefoniczną jeden tor oraz kable koncentryczne dwa tory oraz coraz częściej stosowane światłowody. Innymi stosowanymi technikami przenoszenia sygnałów są teŝ techniki bezprzewodowe typu: WLAN (Wireless Local Area Network), Bluetooth, IRDA. Bezprzewodowa sieć lokalna [2] (skr. WLAN, od ang. Wireless Local Area Network) sieć lokalna w której połączenia między urządzeniami sieciowymi zrealizowano bez uŝycia przewodów (np. tzw. skrętki, czy światłowodów) Charakterystyka Sieci tego typu wykonywane są najczęściej z wykorzystaniem mikrofal jako medium przenoszącego sygnały, ale równieŝ z uŝyciem podczerwieni. Są one projektowane w oparciu o standard IEEE 802.11, który opisuje warstwę fizyczną i MAC. Do komunikacji za pomocą mikrofal wykorzystuje się pasmo 2,4 GHz (w standardzie 802.11b oraz 802.11g) lub teŝ 5 GHz (w standardzie 802.11a). Pasmo 2,4GHz podzielone jest na 14 kanałów w paśmie 2,4 2,5 GHz, które układają się co 5 MHz od 2412 do 2477 MHz. KaŜdy kanał ma swoją częstotliwość nośną, która jest modulowana przy przesyłaniu informacji. Szybkość przesyłania danych zaleŝna jest od uŝytego standardu i odległości pomiędzy uŝytymi urządzeniami i wynosi najczęściej 11, 22, 44, 54 lub 108 Mbps. Na całość infrastruktury sieci bezprzewodowych składają się następujące elementy: karty sieciowe najczęściej typu PCI, USB lub PCMCIA punkty dostępowe (ang. Access Point) anteny kable, złącza, konektory, przejściówki, rozdzielacze antenowe, terminatory
Bezpieczeństwo Szyfrowanie WEP było stosowane jako standardowa ochrona danych w sieciach bezprzewodowych. Długość klucza od 40 do 104 bitów powoduje spowolnienie transmisji. UŜytkownik musi znać hasło, na podstawie którego zostanie wygenerowany klucz. Bez klucza uŝytkownik nie połączy się z siecią bezprzewodową. Z powodu znanych słabości szyfrowania WEP obecnie stosuje się metodę WPA lub WPA2.Zgodność sieci bezprzewodowych i przewodowych [edytuj]sieci kablowe, jak i bezprzewodowe mogą być wykorzystywane razem np. 2 sieci kablowe połączone ze sobą bezprzewodowo, komputer podłączony bezprzewodowo do sieci przewodowej lub na odwrót, itp.). Jest to moŝliwe dzięki: zewnętrznym bezprzewodowym kartom sieciowym, podłączanym na złącze RJ-45 (mogą być podłączone do jakiegokolwiek urządzenia, nie tylko komputera), routera bezprzewodowego ze złączami RJ-45, itp. Bluetooth [2] - darmowy standard opisany w specyfikacji IEEE 802.15.1. Jest to technologia bezprzewodowej komunikacji krótkiego zasięgu pomiędzy róŝnymi urządzeniami elektronicznymi, takimi jak klawiatura, komputer, laptop, palmtop, telefon komórkowy i wieloma innymi. Specyfikacja informuje o zasięgu około 10 m, choć w praktyce, w otwartym terenie, moŝe on wynieść nawet do 200 m. UŜywa fal radiowych w paśmie ISM 2,4 GHz. Urządzenie umoŝliwiające wykorzystanie tej technologii to adapter Bluetooth. Transfery moŝliwe do uzyskania Bluetooth 1.0-721 kb/s Bluetooth 1.1-721 kb/s Bluetooth 1.2-721 kb/s Bluetooth 2.0 - transfer maksymalny przesyłania danych na poziomie 2,1 Mb/s, wprowadzenie Enhanced Data Rate wzmocniło transfer do 3,0 Mb/s IrDA [2] ( ang. Infrared Data Association) grupa (powstała w 1993 r.), skupiająca kilkudziesięciu producentów sprzętu komputerowego. Celem powstania było stworzenie i kontrolowanie międzynarodowych standardów transmisji danych w zakresie podczerwieni. Grupa ta opracowała firmowy system bezprzewodowej transmisji danych cyfrowych z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego. Jego elementy przeznaczone są przede wszystkim do tworzenia sieci tymczasowych, w których znajdują się komputery przenośne (laptopy, palmtopy). Standard ten charakteryzuje się: prostą i tanią implementacją
małym poborem mocy połączeniami bezpośrednimi typu punkt-punkt wydajnym i pewnym transferem danych Prędkość transmisji obowiązkowo: 9,6 kb/s, opcjonalnie: 19,2 kb/s, 38,4 kb/s, 57,6 kb/s, 115,2 kb/s (IrDA 1.0 lub 1.1) oraz 0,576 Mb/s, 1,152 Mb/s, 4 Mb/s (IrDA 1.1) 5. Zasięg i typ transmisji do 1 m; urządzenia muszą się "widzieć"; kąt wiązki transmisji 30 Powracając do medium bezprzewodowego fale radiowe magnetyczne jak i podczerwone maja największe zastosowanie w miejscach gdzie utrudnione jest połoŝenie normalnego kabla. Zaletami takiego rozwiązania jest duŝa mobilność dzięki braku ograniczeń wadami zaś duŝa podatność na zakłócenia. Wymieńmy sobie parę typów mediów kablowych jest nimi między innymi skrętka. Jest to jedne z najtańszych dostępnych na rynku medium, cechuje się wysoką prędkością transmisji, łatwo jest nam diagnozować uszkodzenia, jest odporna na powaŝne awarie (gdy kabel przerwiemy zazwyczaj pada nam jeden komputer) jest stosowana w Ethernecie. Posiada równieŝ mała odporność na zakłócenia (skrętki nie ekranowane) ma niską odporność na zakłócenia mechaniczne, koniczne jest instalowanie specjalnych listew naściennych. Kabel koncentryczny [3] Powracając jednak do podstawowego zastosowania medium jakim jest kabel najczęściej zaś koncentryczny. MoŜemy wyróŝnić dwa rodzaje Ethernet gruby 10Base5 oznaczenie kabla RG 8 i RG- 11 o impedancji falowej 50 omów i grubości 0.5 cala wyszedł z uŝycia praktycznie stosowany max na odległość 500 metrów. Drugi zaś to Ethernet tzw. cienki 10Base2 oznaczenie kabla RG-58 o impedancji falowej 50 omów i grubości 0.4 cala powszechnie stosowany w małych sieciach max na odległość 185m. Zazwyczaj oparta jest na nim topologia magistrali ale to w drugim naszym laboratorium.
Rys. Przedstawia od góry schemat skrętki niekrosowanej zaś na dole krosowanej. [4] Skrętka nieekranowana (UTP Unshielded Twisted Pair) Kabel typu UTP jest zbudowany ze skręconych ze sobą par przewodów i tworzy linię zrównowaŝoną (symetryczną). Skręcenie przewodów ze splotem 1 zwój na 6-10 cm chroni transmisję przed interferencją otoczenia. Tego typu kabel jest powszechnie stosowany w sieciach informatycznych i telefonicznych, przy czym istnieją róŝne technologie splotu, a poszczególne
skrętki mogą mieć inny skręt. Dla przesyłania sygnałów w sieciach komputerowych konieczne są skrętki kategorii 3 (10 Mb/s) i kategorii 5 (100 Mb/s), przy czym powszechnie stosuje się tylko tą ostatnią. Skrętka foliowana (FTP Foiled Twisted Pair) Jest to skrętka ekranowana za pomocą folii z przewodem uziemiającym. Przeznaczona jest głównie do budowy sieci komputerowych umiejscowionych w ośrodkach o duŝych zakłóceniach elektromagnetycznych. Stosowana jest równieŝ w sieciach Gigabit Ethernet (1 Gb/s) przy wykorzystaniu wszystkich czterech par przewodów. Skrętka ekranowana (STP Shielded Twisted Pair) RóŜni się od skrętki FTP tym, Ŝe ekran jest wykonany w postaci oplotu i zewnętrznej koszulki ochronnej. Jej zastosowanie wzrasta w świetle nowych norm europejskich EMC w zakresie emisji EMI (ElectroMagnetic Interference). Poza wyŝej wymienionymi moŝna spotkać takŝe hybrydy tych rozwiązań: FFTP kaŝda para przewodów otoczona jest osobnym ekranem z folii, cały kabel jest równieŝ pokryty folią. SFTP kaŝda para przewodów otoczona jest osobnym ekranem z folii, cały kabel pokryty jest oplotem. Kolory przeplotów [4] Crossed Patch Cable (connects 2 PC's without a hub) White-Green, Green, White-Orange, Blue, White-Blue, Orange, White-Brown, Brown
Kategorie skrętek miedzianych Kategorie kabli miedzianych zostały ujęte w specyfikacji EIA/TIA w kilka grup, w których przydatność do transmisji określa się w MHz: kategoria 1 tradycyjna nieekranowana skrętka telefoniczna przeznaczona do przesyłania głosu, nie przystosowana do transmisji danych; kategoria 2 nieekranowana skrętka, szybkość transmisji do 4 MHz. Kabel ma 2 pary skręconych przewodów kategoria 3 skrętka o szybkości transmisji do 10 MHz, stos. w sieciach Token Ring (4 Mb/s) oraz Ethernet 10Base-T (10 Mb/s). Kabel zawiera 4 pary skręconych przewodów; kategoria 4 skrętka działająca z szybkością do 16 MHz. Kabel zbudowany jest z czterech par przewodów kategoria 5 skrętka z dopasowaniem rezystancyjnym pozwalająca na transmisję danych z szybkością 100 MHz pod warunkiem poprawnej instalacji kabla (zgodnie z wymaganiami okablowania strukturalnego) na odległość do 100 m; kategoria 5e (enchanced) ulepszona wersja kabla kategorii 5. Jest zalecana do stosowana w przypadku nowych instalacji; kategoria 6 skrętka umoŝliwiająca transmisję z częstotliwością do 200 MHz. Kategoria ta obecnie nie jest jeszcze zatwierdzona jako standard, ale prace w tym kierunku trwają; kategoria 7 kabel o przepływności do 600 MHz. Będzie wymagać juŝ stosowania nowego typu złączy w miejsce RJ-45 oraz kabli kaŝdą parą ekranowaną oddzielnie. Obecnie nie istnieje. Warto wspomnieć równieŝ, Ŝe skrętki wykonywane są w znormalizowanych średnicach, które podawane są w jednostkach AWG oraz mogą zawierać róŝną liczbę par. Powszechnie w sieciach komputerowych stosuje się skrętki czteroparowe. Warto teŝ zwrócić uwagę, Ŝe poniewaŝ kategoria 6 nie jest jeszcze potwierdzona normami międzynarodowymi, oraz mając na uwadze zalety, a takŝe ciągle spadający koszt łączy światłowodowych moŝe się okazać, Ŝe w niedalekiej przyszłości struktury budowane w oparciu o medium światłowodowe będą tańsze niŝ te, budowane w oparciu o drogi kabel miedziany kategorii 6. Kabel współosiowy (koncentryczny) Składa się z dwóch przewodów koncentrycznie umieszczonych jeden wewnątrz drugiego, co zapewnia większą
odporność na zakłócenia a tym samym wyŝszą jakość transmisji. Jeden z nich wykonany jest w postaci drutu lub linki miedzianej i umieszczony w osi kabla (czasami zwany jest przewodem gorącym), zaś drugi (ekran) stanowi oplot. Powszechnie stosuje się dwa rodzaje kabli koncentrycznych o impedancji falowej 50 i 75 Ohm, przy czym te pierwsze stosuje się m.in. w sieciach komputerowych. Zastosowanie znalazły dwa rodzaje kabli koncentrycznych: Cienki Ethernet (Thin Ethernet) (sieć typu 10Base-2) kabel RG-58 o średnicy ¼ i dopuszczalnej długości segmentu sieci wynoszącej 185 m. Stosowany nadal zwłaszcza tam, gdzie istnieje potrzeba połączenia na odległość większą niŝ 100 m. Gruby Ethernet (Thick Ethernet) (sieć typu 10Base-5) kable RG-8 i RG-11 o średnicy ½ idopuszczalnej długości segmentu wynoszącej 500 m. Nie stosowany obecnie, lecz moŝna go spotkać jeszcze w bardzo starych sieciach. Oba kable mają impedancję falową 50 Ohm. NaleŜy dodać, Ŝe impedancja kabla jest ściśle związana z impedancją urządzeń do niego podłączonych. Nie moŝna więc bezkarnie stosować w sieciach komputerowych np. telewizyjnego kabla antenowego (o impedancji falowej 75 Ohm), gdyŝ wykonana w ten sposób sieć najprawdopodobniej nie będzie po prostu działać. Zalety: jest mało wraŝliwy na zakłócenia i szumy; nadaje się do sieci z przesyłaniem modulowanym (szerokopasmowym) jest tańszy niŝ ekranowany kabel skręcany Obecnie kabel współosiowy jest stosowany tylko w bardzo małych sieciach (do 3-4 komputerów) stawianych moŝliwie najniŝszym kosztem. Wadą tego rozwiązania jest dosyć duŝa (w porównaniu z siecią na skrętce) awaryjność instalacji. Wykorzystywany jest równieŝ czasem do łączenia ze sobą skupisk stacji roboczych okablowanych w technologii gwiazdy zwłaszcza tam, gdzie odległość koncentratorów od siebie przekracza 100 m i nie jest wymagane stosowanie prędkości wyŝszych niŝ 10 Mb/s. Rozwiązanie to jest jednak spotykane prawie wyłącznie w sieciach amatorskich. W sieciach profesjonalnych zaś (gdzie liczy się szybkość i niezawodność, a koszt instalacji jest sprawą drugorzędną) praktycznie nie stosuje się juŝ kabla koncentrycznego, a zamiast niego wykorzystuje się światłowody.
Kabel światłowodowy Światłowód zasada jego działania opiera się na transmisji impulsów świetlnych między nadajnikiem przekształcającym sygnał elektryczny na świetlne a odbiornikiem tzw. Optical Receiver. Sieci oparte na światłowodach zwane są FDDI (Fiber Distributet Data Interface). Standardy transmisji światłowodowych: najwaŝniejsze z naszego punktu widzenia są 10BaseFL transmisja 10MB/s, 100BaseFX transmisja 100MB/s, 1000BaseLX transmisja 1000MB/s laser długofalowy ok. 1300nm, 1000Base SX transmisja 1000MB/s laser krótkofalowy ok. 850nm. Światłowody jednodomowe stasowane są sieciach WAN. [3] Ze względu na znikome zjawisko tłumienia, a takŝe odporność na zewnętrzne pola elektromagnetyczne, przy braku emisji energii poza tor światłowodowy, światłowód stanowi obecnie najlepsze medium transmisyjne. Rys. Przekrój kabla światłowodowego [1] Kabel światłowodowy składa się z jednego do kilkudziesięciu włókien światłowodowych. Medium transmisyjne światłowodu stanowi szklane włókno wykonane najczęściej z domieszkowanego dwutlenku krzemu (o przekroju kołowym) otoczone płaszczem wykonanym z czystego szkła (SiO2), który pokryty jest osłoną (buforem). Dla promieni świetlnych o częstotliwości w zakresie bliskim podczerwieni współczynnik załamania światła w płaszczu jest mniejszy niŝ w rdzeniu, co powoduje całkowite wewnętrzne odbicie promienia i prowadzenie go wzdłuŝ osi włókna. Zewnętrzną warstwę światłowodu stanowi tzw. bufor wykonany zazwyczaj z akrylonu poprawiający elastyczność światłowodu i zabezpieczający go przed uszkodzeniami. Jest on tylko osłoną i nie ma wpływu na właściwości transmisyjne światłowodu.
WyróŜnia się światłowody jedno- oraz wielomodowe. Światłowody jednomodowe oferują większe pasmo przenoszenia oraz transmisję na większe odległości niŝ światłowody wielomodowe. Niestety koszt światłowodu jednomodowego jest wyŝszy. Zazwyczaj przy transmisji typu full-duplex stosuje się dwa włókna światłowodowe do oddzielnej transmisji w kaŝdą stroną, choć spotykane są rozwiązania umoŝliwiające taką transmisję przy wykorzystaniu tylko jednego włókna. Zalety: większa przepustowość w porównaniu z kablem miedzianym, a więc moŝliwość sprostania przyszłym wymaganiom co do wydajności transmisji małe straty, a więc zdolność przesyłania informacji na znaczne odległości niewraŝliwość na zakłócenia i przesłuchy elektromagnetyczne wyeliminowanie przesłuchów między - kablowych mała masa i wymiary duŝa niezawodność poprawnie zainstalowanego łącza i względnie niski koszt, który ciągle spada Oznaczenia standardów sieci [1] Standard sieci Ethernet został zdefiniowany przez IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) w normie o oznaczeniu 802.3. Oryginalna norma 802.3 definiuje standard sieci oznaczony jako 10Base-5. Kolejne odmiany tej technologii oznaczane są dodatkowymi przyrostkami literowymi. Są to między innymi: 802.3a (10Base-2), 802.3i (10Base-T), 802.3j (10Base-F), 802.3u (100Base-T4, 100Base-TX, 100Base-FX), 802.3z (1000Base-F), 802.3ab (1000Base-T), 802.3ae (10000Base-F). Spis wszystkich norm z rodziny 802.3 moŝna znaleźć na witrynie internetowej IEEE pod adresem http://standards.ieee.org. Ogólny schemat oznaczania przepływności oraz rodzaju medium stosowanego w sieciach Ethernet składa się z następujących części: przepustowości wyraŝonej w Mb/s 10, 100, 1000 rodzaj transmisji: Base transmisja w paśmie podstawowym (Baseband Network)
Broad transmisja przy wykorzystaniu częstotliwości nośnej (Broadband Network) rodzaj zastosowanego medium 2 cienki kabel koncentryczny (Thin Ethernet) 5 gruby kabel koncentryczny (Thick Ethernet) T skrętka (Twisted Pair) F światłowód (Fiber Optic) dodatkowe oznaczenie X transmisja po jednej parze w kaŝdą stronę (dla 100Base-T i 100Base-F) 4 transmisja przy wykorzystaniu 4 par na raz oraz kabla miedzianego kat. 3, 4 lub 5 (dla 100Base-T) L zwiększona długość segmentu do 2000 m (dla 10Base-F) Nie są to oczywiście wszystkie moŝliwe oznaczenia, a jedynie te najczęściej stosowane. Bibliografia [1] Bartosz Kiziukiewicz Sieci lokalne Trochę teorii, nieco praktyki Wydanie drugie poprawione i uzupełnione - 2001-02-27 [2] www.wikipedia.pl [3] Karol Krysiak Sieci Komputerowe wyd. 2 Gliwice Helion Cop. 2005 [4] www.best-hollywood.hu/try/rj45/ Opracował: Adam Kaltenbek