Lekce 2 - Síťový hardware - Přenosová média Nové

V předchozí lekci, Úvod do návrhu a struktury sítí, jsme se uvedli do návrhu a struktury sítí a vysvětlili si, co je síť a proč zařízení vzájemně propojujeme.

V tomto tutoriálu kurzu Vytváření návrhů a struktury sítí se naučíme rozlišovat různá přenosová média, která používáme v počítačových sítích. Zaměříme se hlavně na metalická média, jako je kroucená dvojlinka (twisted pair) a koaxiální kabel, a na optická vlákna, která dnes tvoří páteř moderních sítí. U každého typu si ukážeme typické přenosové rychlosti, použití a běžné konektory, například RJ-45 u kroucené dvojlinky nebo SC, LC a ST u optických kabelů.

Přenosová média

K přenosu dat se používají různá média, která rozdělujeme do několika kategorií. Samostatnou kategorií jsou bezdrátové přenosy, kde lze říct, že přenosovým médiem je vlastně vzduch. Těmto typům se ale nyní budeme věnovat jen okrajově. Nás budou zajímat hlavně typy kabelů. Ke každému typu kabelu si samozřejmě zmíníme příslušné druhy konektorů.

Metalická média

Signál po kovovém médiu (kabelu) přenáší informace pomocí kolísání napětí - například nízké napětí pro "0" a vysoké pro "1", nebo pomocí složitějších kódování, kde bity jsou reprezentovány přechody napětí. Zařízení, která signál vysílají i přijímají, se nazývají transceivery (z anglického transmitter + receiver), o těch však až v dalších lekcích. Nyní si představíme dva nejpoužívanější typy metalických médií.

Kroucená dvojlinka (Twisted Pair)

Velmi rozšířený způsob přenosu dat, který se používá už od osmdesátých let minulého století a přetrval do dnešních dnů. Každý tento typ kabelu poznáte podle typického konektoru RJ-45:

Uvnitř kabelu nalezneme celkem čtyři páry vodičů, které jsou do sebe smotané po dvojicích a odlišeny různými barvami. V minulosti se využívaly pouze čtyři vodiče z celkových osmi, dnes se využívají všechny čtyři páry, což umožňuje vyšší přenosové rychlosti.

U starších zařízení záleželo na typu zařízení a správném zapojení kabelů. Při propojení dvou zařízení bylo nutné použít odpovídající typ kabelu. Dnes už to není tak podstatné díky podpoře Auto MDI‑X u většiny nových zařízení.

Pojďme si rozdělit typy kabelů podle stínění (ochrana proti elektromagnetickému rušení) a přenosových rychlostí:

• UTP (Unshielded Twisted Pair) – nestíněný, nejběžnější v domácích sítích.
• FTP (Foiled Twisted Pair) – všechny páry obalené fólií, lepší odolnost proti rušení.
• STP (Shielded Twisted Pair) – každý pár má vlastní stínění, používá se v náročnějším prostředí.
• S/FTP (Shielded + Foiled Twisted Pair) – kombinace obou, velmi kvalitní, pro vysoké rychlosti.

V následující tabulce si tyto kategorie používaných kabelů přidružíme k jednotlivým přenosovým rychlostem :

Spolehlivý dosah znamená délku kabelu, na které lze přenášet data bez výrazného poklesu rychlosti nebo ztrát signálu.

Koaxiální kabel

Koaxiální kabel se používá především pro přenos dat, televizního signálu a v některých sítích, kde je potřeba odolnost proti rušení. Skládá se ze čtyř základních vrstev. Uprostřed se nachází střední vodič (core), obvykle měděný drát, který přenáší signál. Tento vodič je obalen izolační vrstvou (dielectric), která ho odděluje od stínění. Stínění (shield), tvořené pletenou nebo fóliovou vrstvou, chrání kabel proti elektromagnetickému rušení a zároveň slouží jako návratová cesta signálu. Celou konstrukci chrání vnější izolace (jacket), která kabel mechanicky zpevňuje a chrání před poškozením.

Koaxiální kabely se historicky používaly pro sítě Ethernet (10BASE2/10BASE5), televizní a satelitní rozvody a CCTV systémy. Typické konektory jsou BNC (sítě, CCTV) a F-konektor (TV, satelit). Kabely nabízejí delší dosah než kroucená dvojlinka, ale jsou méně flexibilní, dražší a dnes v moderních LAN sítích málo používané.

Průřez koaxiálním kabelem vypadá většinou takto:

Struktura kabelu je následující:

• Středový vodič (Center conductor) - přenáší signál, obvykle z mědi.
• Dielektrický izolant (Dielectric insulator) - odděluje středový vodič od stínění a udržuje konstantní vzdálenost pro správnou impedanci.
• Opletené stínění (Braided shield) - slouží jako uzemnění a chrání signál před elektromagnetickým rušením.
• Vnější plášť (Outer jacket) - chrání kabel před mechanickým poškozením a vlhkostí.

Optické vlákno

Optické vlákno představuje moderní a dnes nejvýkonnější způsob přenosu dat. Na rozdíl od kovových kabelů nepřenáší elektrické signály, ale světelné impulsy, které jsou do vlákna vysílány pomocí laserů nebo LED diod. Díky tomu lze dosáhnout velmi vysokých přenosových rychlostí, minimálního útlumu a vynikající stability i na velké vzdálenosti.

Samotné vlákno je tvořeno jádrem z velmi čistého skla nebo plastu, kterým se světlo šíří, a vrstvou pláště, která zajišťuje, aby se světlo z jádra nešířilo ven. Další ochranné vrstvy zvyšují mechanickou odolnost kabelu a vnější plášť jej chrání před vlhkostí a poškozením. Přestože je optický kabel vnějšími vrstvami dobře chráněn, samotné skleněné vlákno uvnitř je velmi tenké a křehké, takže vyžaduje opatrnou manipulaci při instalaci.

Velkou výhodou optických kabelů je naprostá odolnost vůči elektromagnetickému rušení. Světelný signál není ovlivněn okolními elektrickými poli ani rádiovými vlnami, což z optických kabelů činí ideální volbu pro prostředí s vysokou úrovní rušení – například v datových centrech, v průmyslových provozech nebo v blízkosti vysokonapěťových zařízení. Díky minimálním ztrátám signálu je možné přenášet data i na velmi velké vzdálenosti, často desítky až stovky kilometrů u single-mode vláken podle použité technologie. I proto se optické kabely používají jako páteřní spojení mezi městy, datovými centry a poskytovateli internetových služeb.

Dělení optických vláken

Optická vlákna dělíme podle způsobu šíření světla na jednovidová a mnohovidová:

• Jednovidové vlákno (single-mode) má velmi tenké jádro a umožňuje přenos světla pouze jedním paprskem. Díky tomu je vhodné pro velmi dlouhé trasy a extrémně vysoké rychlosti přenosu.
• Mnohovidové vlákno (multi-mode) má širší jádro a umožňuje, aby se v něm šířilo více světelných paprsků současně. Je levnější a jednodušší na instalaci, ale dosahuje kratších vzdáleností a používá se spíše pro lokální sítě, například v budovách nebo kampusech.

K připojení optických kabelů se používají speciální konektory, které musí zajistit přesné spojení a minimální ztrátu světla. V praxi se nejčastěji setkáme s konektory následujícího typu:

• SC – jednoduchý push-pull konektor, snadná instalace a vysoká stabilita spojení.
• LC – malý konektor s párovým zámkem, často používaný u datacenter a síťových zařízení.
• ST – bajonetový konektor s otočným uzávěrem, dříve hojně používaný, dnes spíše u starších instalací.

Konektory vypadají takto:

Z hlediska parametrů patří optické kabely k nejlepším přenosovým médiím, která máme k dispozici. Nabízejí obrovskou přenosovou kapacitu, dlouhý dosah, odolnost proti rušení i vysokou bezpečnost, protože světelný signál se nedá snadno odposlouchávat. Nevýhodou zůstává vyšší cena, složitější instalace a křehkost samotného vlákna, která klade větší nároky na práci techniků i vybavení. Přesto jsou optické kabely dnes nezbytným základem moderní komunikační infrastruktury – od poskytovatelů internetu až po propojení datacenter a cloudových služeb.

V příští lekci, Síťový hardware - Základní síťová zařízení, si ukážeme aktivní a pasivní síťová zařízení, jejich funkce, využití a roli v návrhu počítačové sítě,