2. diel - Sieťový hardvér - Prenosové médiá

V predchádzajúcej lekcii, Úvod do návrhu a štruktúry sietí, sme sa uviedli do návrhu a štruktúry sietí a vysvetlili si, čo je sieť a prečo zariadenie vzájomne prepájame.

V tomto tutoriáli kurzu Vytváranie návrhov a štruktúry sietí sa zameriame na prenosové médiá používané v počítačových sieťach. Predstavíme si najbežnejšie typy káblov, ich konštrukciu, prenosové možnosti a typické konektory. Tieto znalosti tvoria základ pre pochopenie fyzickej vrstvy siete a jej správny návrh.

Prenosové médiá

Na prenos dát sa používajú rôzne médiá, ktoré rozdeľujeme do niekoľkých kategórií. Samostatnou kategóriou sú potom bezdrôtové prenosy, pri ktorých možno za prenosové médium považovať vlastne vzduch. Týmto typom sa však teraz budeme venovať len okrajovo. Nás budú zaujímať hlavne typy káblov. Ku každému typu kábla si samozrejme spomenieme príslušné druhy konektorov.

Metalické médiá

Signál prenášaný kovovým médiom (káblom) nesie informácie pomocou kolísania napätia (napríklad nízke napätie pre "0" a vysoké pre "1") alebo pomocou zložitejšieho kódovania, kde sú bity reprezentované prechodmi napätia. Zariadenia, ktoré signál vysielajú aj prijímajú, sa nazývajú transceivery (z anglického transmitter + receiver). O nich si povieme viac až v ďalších lekciách. Teraz si predstavíme dva najpoužívanejšie typy metalických médií.

Krútená dvojlinka (Twisted Pair)

Ide o veľmi rozšírený spôsob prenosu dát, ktorý sa používa už od osemdesiatych rokov minulého storočia a ktorý pretrval dodnes. Tento typ kábla spoznáme podľa typického konektora RJ-45:

Vo vnútri kábla nájdeme celkovo štyri páry vodičov, ktoré sú do seba skrútené po dvojiciach a odlíšené rôznymi farbami. V minulosti sa využívali iba štyri vodiče z celkových ôsmich, zatiaľ čo dnes sa používajú všetky štyri páry, čo umožňuje dosiahnutie vyšších prenosových rýchlostí.

Pri starších zariadeniach záležalo na ich type a na správnom zapojení káblov. Pri prepojení dvoch zariadení bolo nutné použiť zodpovedajúci typ kábla. Dnes to už nie je také podstatné vďaka podpore Auto MDI-X pri väčšine nových zariadení.

Poďme si rozdeliť typy káblov podľa tienenia (ochrany proti elektromagnetickému rušeniu) a prenosových rýchlostí:

• UTP (Unshielded Twisted Pair) – netienený, najbežnejší v domácich sieťach,
• FTP (Foiled Twisted Pair) – všetky páry obalené fóliou, lepšia odolnosť proti rušeniu,
• STP (Shielded Twisted Pair) – každý pár má vlastné tienenie, používa sa v náročnejšom prostredí,
• S/FTP (Shielded + Foiled Twisted Pair) – kombinácia oboch typov tienenia, veľmi kvalitný, pre vysoké rýchlosti.

V nasledujúcej tabuľke si tieto kategórie používaných káblov priradíme k jednotlivým prenosovým rýchlostiam:

Spoľahlivý dosah znamená dĺžku kábla, na ktorej možno prenášať dáta bez výrazného poklesu rýchlosti alebo strát signálu.

Koaxiálny kábel

Koaxiálny kábel sa používa predovšetkým na prenos dát či televízneho signálu a v niektorých sieťach, kde je potrebná odolnosť proti rušeniu. Skladá sa zo štyroch základných vrstiev. Uprostred sa nachádza stredový vodič (core), zvyčajne medený drôt, ktorý prenáša signál. Tento vodič je obalený izolačnou vrstvou (dielectric), ktorá ho oddeľuje od tienenia. Tienenie (shield), tvorené pletenou alebo fóliovou vrstvou, chráni kábel proti elektromagnetickému rušeniu a zároveň slúži ako návratová cesta signálu. Celú konštrukciu chráni vonkajšia izolácia (jacket), ktorá kábel mechanicky spevňuje a chráni pred poškodením.

Koaxiálne káble sa historicky používali pre siete Ethernet (10BASE2/10BASE5), televízne a satelitné rozvody a CCTV systémy. Typickými konektormi sú BNC (siete, CCTV) a F-konektor (TV, satelit). Káble ponúkajú dlhší dosah ako krútená dvojlinka, ale sú menej flexibilné, drahšie a dnes sa v moderných LAN sieťach používajú málo.

Prierez koaxiálnym káblom vyzerá väčšinou takto:

Optické vlákno

Optické vlákno predstavuje moderný a dnes najvýkonnejší spôsob prenosu dát. Na rozdiel od kovových káblov neprenáša elektrické signály, ale svetelné impulzy, ktoré sú do vlákna vysielané pomocou laserov alebo LED diód. Vďaka tomu možno dosiahnuť veľmi vysoké prenosové rýchlosti, minimálny útlm a vynikajúcu stabilitu aj na veľké vzdialenosti.

Samotné vlákno je tvorené jadrom z veľmi čistého skla alebo plastu, ktorým sa svetlo šíri, a vrstvou plášťa, ktorá zaisťuje, aby sa svetlo z jadra nešírilo von. Ďalšie ochranné vrstvy zvyšujú mechanickú odolnosť kábla a vonkajší plášť ho chráni pred vlhkosťou a poškodením. Hoci je optický kábel vonkajšími vrstvami dobre chránený, samotné sklenené vlákno vo vnútri je veľmi tenké a krehké, takže pri inštalácii vyžaduje opatrnú manipuláciu.

Veľkou výhodou optických káblov je úplná odolnosť voči elektromagnetickému rušeniu. Svetelný signál nie je ovplyvnený okolitými elektrickými poľami ani rádiovými vlnami, čo z optických káblov robí ideálnu voľbu pre prostredia s vysokou úrovňou rušenia – napríklad v dátových centrách, v priemyselných prevádzkach alebo v blízkosti vysokonapäťových zariadení. Vďaka minimálnym stratám signálu je možné prenášať dáta aj na veľmi veľké vzdialenosti, často desiatky až stovky kilometrov pri single-mode vláknach podľa použitej technológie. Aj preto sa optické káble používajú ako chrbticové spojenia medzi mestami, dátovými centrami a poskytovateľmi internetových služieb.

Delenie optických vláken

Optické vlákna delíme podľa spôsobu šírenia svetla na jednovidové a mnohovidové:

• Jednovidové vlákno (single-mode) má veľmi tenké jadro a umožňuje prenos svetla iba jedným lúčom. Vďaka tomu je vhodné pre veľmi dlhé trasy a extrémne vysoké prenosové rýchlosti.
• Mnohovidové vlákno (multi-mode) má širšie jadro a umožňuje, aby sa v ňom šírilo viac svetelných lúčov súčasne. Je lacnejšie a jednoduchšie na inštaláciu, ale dosahuje kratšie vzdialenosti a používa sa skôr pre lokálne siete, napríklad v budovách alebo kampusoch.

Na pripojenie optických káblov sa používajú špeciálne konektory, ktoré musia zabezpečiť presné spojenie a minimálnu stratu svetla. V praxi sa najčastejšie stretneme s konektormi nasledujúceho typu:

• SC – jednoduchý push-pull konektor, jednoduchá inštalácia a vysoká stabilita spojenia,
• LC – malý konektor s párovým zámkom, často používaný v dátových centrách a sieťových zariadeniach,
• ST – bajonetový konektor s otočným uzáverom, predtým hojne používaný, dnes skôr pri starších inštaláciách.

Konektory vyzerajú takto:

Z hľadiska parametrov patria optické káble k najlepším prenosovým médiám, ktoré máme k dispozícii. Ponúkajú obrovskú prenosovú kapacitu, dlhý dosah, odolnosť proti rušeniu aj vysokú bezpečnosť, pretože svetelný signál sa nedá ľahko odpočúvať. Nevýhodou zostáva vyššia cena, zložitejšia inštalácia a krehkosť samotného vlákna, ktorá kladie väčšie nároky na prácu technikov aj vybavenie. Napriek tomu sú optické káble dnes nevyhnutným základom modernej komunikačnej infraštruktúry – od poskytovateľov internetu až po prepojenie dátových centier a cloudových služieb.

Ak si nie sme istí rozpoznaním konektora alebo typu kábla, môžeme využiť AI. Zadáme napríklad prompt: "Pozri sa na priloženú fotografiu sieťového konektora a pomôž mi určiť, o aký typ ide. Uveď, podľa akých znakov si konektor rozpoznal a k akému typu prenosového média sa bežne používa.".

V budúcej lekcii, Sieťový hardvér - Základné sieťové zariadenia, si ukážeme aktívne a pasívne sieťové zariadenia, ich funkcie, využitie a rolu v návrhu počítačovej siete,