2. diel - Sieťový hardvér - Prenosové médiá Nové
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 tutoriále kurzu Vytváranie návrhov a štruktúry sietí sa naučíme rozlišovať rôzne prenosové médiá, ktoré používame v počítačových sieťach. Zameriame sa hlavne na metalické médiá, ako je krútená dvojlinka (twisted pair) a koaxiálny kábel, a na optické vlákna, ktoré dnes tvoria chrbticu moderných sietí. U každého typu si ukážeme typické prenosové rýchlosti, použitie a bežné konektory, napríklad RJ-45 pri krútenej dvojlinke alebo SC, LC a ST pri optických kábloch.
Prenosové médiá
Na prenos dát sa používajú rôzne médiá, ktoré rozdeľujeme do niekoľkých kategórií. Samostatnou kategóriou sú bezdrôtové prenosy, kde sa dá povedať, že prenosovým médiom je vlastne vzduch. Týmto typom sa ale teraz budeme venovať iba okrajovo. Nás budú zaujímať hlavne typy káblov. Ku každému typu kábla si samozrejme spomenieme príslušné druhy konektorov.
Metalické médiá
Signál po kovovom médiu (kábli) prenáša informácie pomocou kolísania napätia - napríklad nízke napätie pre "0" a vysoké pre "1", alebo pomocou zložitejších kódovaní, kde bity sú reprezentované prechodmi napätia. Zariadenia, ktoré signál vysielajú aj prijímajú, sa nazývajú transceivery (z anglického transmitter + receiver), o tých však až v ďalších lekciách. Teraz si predstavíme dva najpoužívanejšie typy metalických médií.
Krútená dvojlinka (Twisted Pair)
Veľmi rozšírený spôsob prenosu dát, ktorý sa používa už od osemdesiatych rokov minulého storočia a pretrval do dnešných dní. Každý tento typ kábla poznáte podľa typického konektora RJ-45:
Vnútri kábla nájdeme celkom štyri páry vodičov, ktoré sú do seba zmotané po dvojiciach a odlíšené rôznymi farbami. V minulosti sa využívali iba štyri vodiče z celkových ôsmich, dnes sa využívajú všetky štyri páry, čo umožňuje vyššie prenosové rýchlosti.
U starších zariadení záležalo na type zariadenia a správnom zapojení káblov. Pri prepojení dvoch zariadení bolo nutné použiť zodpovedajúci typ kábla. Dnes už to nie je tak podstatné vďaka podpore Auto MDI-X u väčšiny nových zariadení.
Poďme si rozdeliť typy káblov podľa tienenia (ochrana 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, veľmi kvalitné, pre vysoké rýchlosti.
| Kategória | Max. rýchlosť | Typický dosah | Typ kábla |
|---|---|---|---|
| Cat5 | 100 Mb/s | 100 m | UTP |
| Cat5e | 1 Gb/s | 100 m | UTP / STP (častejšie UTP) |
| Cat6 | 1 Gbps (10 Gbps do 55 m) | 100 m (10 Gb/s len do 55 m) | UTP / STP |
| Cat6a | 10 Gb/s | 100 m | STP / FTP |
| Cat7 | 10 Gb/s | 100 m | S/FTP |
| Cat7a | 10 Gb/s | 100 m | S/FTP |
| Cat8 | 25–40 Gb/s | max. 30 m | S/FTP |
Koaxiálny kábel
Koaxiálny kábel sa používa predovšetkým na prenos dát, televízneho signálu av niektorých sieťach, kde je potrebná odolnosť proti rušeniu. Skladá sa zo štyroch základných vrstiev. Uprostred sa nachádza stredný vodič (core), obvykle 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. Typické konektory sú BNC (siete, CCTV) a F-konektor (TV, satelit). Káble ponúkajú dlhší dosah ako krútená dvojlinka, ale sú menej flexibilné, drahšie a dnes v moderných LAN sieťach málo používané.
Prierez koaxiálnym káblom vyzerá väčšinou takto:
Štruktúra kábla je nasledovná:
- Stredový vodič (Center conductor) - prenáša signál, obvykle z medi.
- Dielektrický izolant (Dielectric insulator) - oddeľuje stredový vodič od tienenia a udržuje konštantnú vzdialenosť pre správnu impedanciu.
- Opletené tienenie (Braided shield) - slúži ako uzemnenie a chráni signál pred elektromagnetickým rušením.
- Vonkajší plášť (Outer jacket) - chráni kábel pred mechanickým poškodením a vlhkosťou.
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 je možné 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. Napriek tomu, že je optický kábel vonkajšími vrstvami dobre chránený, samotné sklenené vlákno vo vnútri je veľmi tenké a krehké, takže vyžaduje opatrnú manipuláciu pri inštalácii.
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 prostredie 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 vlákien podľa použitej technológie. Aj preto sa optické káble používajú ako chrbticové spojenie medzi mestami, dátovými centrami a poskytovateľmi internetových služieb.
Delenie optických vlákien
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 rýchlosti prenosu.
- 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.
- SC – jednoduchý push-pull konektor, jednoduchá inštalácia a vysoká stabilita spojenia.
- LC – malý konektor s párovým zámkom, často používaný u datacentier a sieťových zariadení.
- ST – bajonetový konektor s otočným uzáverom, predtým hojne používaný, dnes skôr pri starších inštaláciách.
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 i vybavenia. Napriek tomu sú optické káble dnes nevyhnutným základom modernej komunikačnej infraštruktúry – od poskytovateľov internetu až po prepojenie datacentier a cloudových služieb.
V budúcej lekcii, Sieťový hardvér - Základné sieťové zariadenia , si ukážeme aktívne a pasívne sieťové zariadenia, ich funkcie, využitie a rolu v návrhu počítačovej siete,
