1/11

Sieci i Systemy Teleinformatyczne (SIST)

3. Wybrane urządzenia sieciowe

W sieciach komputerowych (nazywanych także logicznymi) niezbędne jest

stosowanie różnego rodzaju sprzętu wspomagającego

wymianę danych między

odległymi systemami lub innymi urządzeniami.

Do podstawowych można zaliczyć:

1. Karta sieciowa

(network card) – której zadaniem jest przygotowywanie

pakietów danych transmitowanych do sieci oraz ich odbieranie i przetwarzanie.

Pakiet danych to zestaw bitów o zdefiniowanej strukturze, akceptowany i

zrozumiały dla oprogramowania sieciowego oraz innych urządzeń sieciowych. W

podstawowych topologiach sieci (liniowe, gwiazdowe, pierścieniowe) zawsze

zachowywana jest jednorodność standardu określonego przez odpowiedni

dokument projektu 802 opracowanego przez IEEE (tzw. norma).

2/11

2. Krosownica

(patch panel) – składa się z rzędu punktów zakończeniowych dla

m.in. stacji roboczych. Administrator sieci może w łatwy sposób przełączać,

przesuwać i testować elementy sieci poprzez zmianę połączeń w krosownicy.

Przewody służące do wykonywania takich połączeń to „patchcordy” (patch cord)

3. Przełącznica

(matrix switch) - jest urządzeniem posiadającym pewną liczbę

portów wejścia i wyjścia. Służy ona do łączenia określonego wejścia z danym

wyjściem. W chwili obecnej przełącznice realizowane są na poziomie

mikroprocesorowym i umożliwiają utworzenie połączenia w bardzo krótkim

czasie. Charakteryzują się także bardzo dużą przepustowością (oraz ceną).

4. Wzmacniak

(repeater) - jest urządzeniem, który wzmacnia przechodzący przez

niego sygnał. Urządzenia takie działają zarówno w sieciach wykorzystujących

kable metalowe, a co za tym idzie impulsy elektryczne, jak również w sieciach

ś

wiatłowodowych. Wzmacniak nie ingeruje w przechodzące przez nie dane, nie

próbuje w żaden sposób ich interpretować. Wraz z oryginalnym sygnałem

wzmacniany jest także szum.

3/11

Wzmacniak może łączyć różne sieci wyłącznie o jednakowej architekturze,

używając tych samych protokołów, metod uzyskiwania dostępu oraz technik

transmisyjnych.

Wzmacniaki często integrowane są w innych, bardziej złożonych urządzeniach, na

przykład w hubach aktywnych.

5. Koncentrator

(hub) - jest urządzeniem powielającym sygnał otrzymany na jeden

z portów na swe pozostałe porty. Wyróżnić można huby aktywne, które prócz

przekazania sygnału wzmacniają go oraz huby pasywne, które jedynie przekazują

sygnał. Hub pasywny zrealizować można z wykorzystaniem zwykłej przełącznicy.

Urządzenia te umożliwiają łatwą przebudowę oraz rozbudowę sieci, mogą być

łączone w strukturę hierarchiczną. Termin hub określa także bardziej

zaawansowane urządzenia, niż opisane do tej pory. W chwili obecnej hub zyskuje

rolę centralnego elementu okablowania strukturalnego, który zapewnia

monitorowanie i zarządzanie całą siecią. W związku z rozwojem hubów

wyróżniono kilka ich generacji.

Huby pierwszej generacji

stosowane są w małych sieciach lokalnych i

pracują tylko z jednym medium transmisyjnym. Zaliczają się do nich dwa

pierwsze opisane urządzenia typu hub. Nie ma możliwości zarządzania

takimi urządzeniami przy pomocy zdalnego protokołu SNMP.

Huby drugiej generacji

nazywane są także hubami inteligentnymi z

uwagi na możliwość realizacji przez nie funkcji zarządzających.

Wyposażone są one w płyty główne z magistralami, dzięki czemu mają

możliwość pracy z różnymi rodzajami mediów. Są w stanie także pełnić

4/11

rolę mostów pomiędzy sieciami. W hubach tych montowane są wydajne

procesory RISC. Są także w stanie zbierać informacje statystyczne

dotyczące segmentu sieci, w której pracują. Część z nich implementuje

protokół SNMP.

Huby trzeciej generacji

nazywane także hubami korporacyjnymi. Są to

urządzenia inteligentne o konstrukcji modułowej, obsługujące wszystkie

rodzaje okablowania oraz sieci.

5. Most

(bridge) - jest samodzielnym urządzeniem i jednocześnie elementem

składowym sieci. Most funkcjonuje

w warstwie łącza danych modelu OSI

(Open

System Iterconnetion) służy do łączenia dowolnych dwóch urządzeń, które

spełniają specyfikację podwarstwy MAC, znajdującą się w normie IEEE 802.

Urządzenia zgodne z tym standardem zawierają modularny poziom MAC, który

może obsługiwać różne typy sieci. Mosty są w stanie tłumaczyć ramki z jednego

formatu na inny. Wprowadza to pewne opóźnienie, jednak umożliwia łączenie

różnych sieci. Wydajność mostów określana jest na podstawie liczby

przetworzonych ramek w ciągu sekundy.

6. Ruter

(router) - jest urządzeniem pracującym w warstwie sieciowej. Może być

wykorzystany do łączenia sieci lokalnych lub rozległych. Routery są

podstawowym wyposażeniem dużych sieci i sterują przepływem pakietów do

miejsc przeznaczenia w przypadku, gdy istnieje więcej niż jedna możliwa droga.

5/11

Router sprawdza informację adresową w otrzymanym pakiecie i przesyła pakiet

do miejsca przeznaczenia. Pakiet przekazuje się bezpośrednio do miejsca

przeznaczenia lub znajduje się inny router, który może zostać wykorzystany do

przesłania pakietu do celu. Routery mogą obsługiwać jeden lub wiele protokołów.

W przypadku, gdy router nie obsługuje jakiegoś protokołu, dane mogą być

przesłane przez sieć dzięki technice kapsułkowania.

Routery posiadają informacje na temat sieci, do których są podłączone i

wykorzystują ją do wyboru trasy dla pakietu. Informacja ta może być statycznie,

ręcznie wprowadzana przez administratora, bądź routery mogą komunikować się

ze sobą w celu wymiany informacji. W ten sposób możliwe jest także

modyfikowanie tras w przypadku wystąpienia awarii.

7. Bramka

(gateway) – służy do wzajemnego łączenia sieci. W modelu OSI

funkcjonuje na poziomie dowolnej warstwy, wyższej niż warstwa sieciowa, dzięki

czemu jest możliwe stosowanie różnych protokołów w łączonych sieciach. Bramki

są stosowane do łączenia sieci o całkowicie odmiennej architekturze (np.

komputerów typu mainframe bazującego na architekturze SNA (Systems Network

Architecture) zdefiniowanej przez f-mę IBM już w 1974 roku)

8. Urządzenia wspomagające

- czasami w sieci dzieje się coś, czego nie można

zrozumieć bez dokładniejszego zbadania przyczyn niepokojącego zachowania

sieci. W takim przypadku pomocnymi narzędziami są testery kabli oraz analizatory

protokołów.

Najczęściej problemy w sieciach komputerowych powodowane są przez

wadliwe okablowanie. W trakcie testów kabli należy zweryfikować ciągłość kabla,

zakłócenia elektryczne, występowanie przesłuchów, wartości tłumienia oraz jego

pojemność. Przydatne jest także poznanie umiejscowienia kabla, jeśli biegnie on w

ś

cianie lub w suficie. Dokonuje się tego przy pomocy lokalizatorów kabla,

składających się z generatora sygnału podłączanego do kabla oraz czujnika ze

wzmacniaczem, wykrywającego generowane przez kable pola elektryczne. Innym

6/11

urządzeniem jest reflektometr, umożliwiający wykrycie zwarcia lub przerwy w

kablu oraz określenie miejsca uszkodzenia kabla. Reflektometry produkowane są

zarówno dla kabli metalowych, jak i dla światłowodów.

Analizatory protokołów są programami śledzącymi ruch w sieci. Umożliwiają

one wykrycie stacji najbardziej aktywnych lub generujących największe ilości

błędów. Możliwe jest także filtrowanie i podgląd pakietów zawierających

określone typy informacji. Dzięki temu można oszacować ruch generowany na

przykład przez routery w trakcie wymiany informacji o routingu lub przez inne

urządzenia i serwisy, a następnie zmodyfikować częstość wymiany takich

informacji, co powoduje spadek wykorzystania sieci.

8. Okablowanie

Okablowanie jest w sieci głównym nośnikiem służącym do przekazywania

informacji. W sieciach lokalnych powszechnie stosuje się następujące rodzaje

okablowania:

• kabel koncentryczny (współosiowy),

• skrętka,

• światłowód.

Kabel koncentryczny

Kabel koncentryczny może przekazywać dane w sieci z prędkością

przekraczającą 350 Mbps. Taki kabel składa się z pojedynczego przewodu

miedzianego, będącego głównym przewodnikiem impulsów prądu, umieszczonego

wzdłuż środkowej osi kabla i otoczonego materiałem izolacyjnym. Materiał

izolacyjny jest pokryty warstwą ekranującą (zwykle jest to miedziana plecionka),

która jest jednocześnie drugim przewodnikiem pełniącym funkcję masy. Wszystkie

te elementy są zabezpieczone ochronną powłoką izolacyjną

7/11

Ochronna powłoka izolacyjna

Przewodnik zewnętrzny Główny przewodnik z drutu miedziane

Kable koncentryczne występują w wielu odmianach, różniących się między

innymi grubością. Każdy rodzaj sieci cechuje specyficzna impedancja

okablowania, której musi odpowiadać zastosowany kabel sieciowy. Grubsze kable

są znacznie mniej wygodne w użyciu: trudno je instalować szczególnie wtedy,

kiedy układa się je w istniejących korytkach i przepycha przez kanały kablowe.

Również cena kabli wzrasta wraz z ich grubością. Inną cechą odróżniającą kable

sieciowe jest ich impedancja.

Istnieją dwa główne rodzaje kabla koncentrycznego

:

Cienki

-

maksymalna ilość komputerów w segmencie: 30

-

maksymalna długość segmentu: 185 m

-

odległość między komputerami:

0.5 m

-

najczęściej używany do budowy sieci o topologii magistrali

liniowej w jednym pomieszczeniu

Gruby (żółty)

- maksymalna ilość komputerów w segmencie: 100

- maksymalna długość segmentu:

500 m

- odległość między komputerami: 2.5m lub wielokrotność

(jeden odcinek przewodu nie może być dłuższy niż 50 m i

wprowadzać opóźnienia większego niż 257 ns)

8/11

Przy tworzeniu sieci z komputerów PC kabel współosiowy charakter

następującymi zaletami:

• nadaje się do sieci szerokopasmowych i pracujących w paśmie podstawowym

• można używać odcinków dłuższych, niż w przypadku skrętki, bez konieczności

używania wzmacniaków;

• można nim przesyłać równocześnie dźwięk, obraz i dane;

• kabel koncentryczny jest od dłuższego czasu stosowany w komunikacji i

technologia jego produkcji jest dobrze opanowana.

Kabel koncentryczny ma również wady:

• gruby kabel koncentryczny może być trudny w instalowaniu;

• instalacja jest droższa, niż w przypadku skrętki;

• również koszt kabla jest wyższy, niż koszt skrętki.

Skrętka

Istnieje kilka różnych odmian skrętki. Skrętka nieekranowana (UTP -

Unshielded Twisted Pair) składa się z dwóch splecionych ze sobą izolowanych

przewodów miedzianych. Jednak skrętka jest czymś więcej, niż tylko dwoma

splecionymi przewodami w izolacji: skrętka musi spełniać warunki ściśle

określone specyfikacją techniczną, określającą między innymi liczbę splotów

występujących na jednostce długości kabla. Często kilka splecionych par

przewodów bez ekranu umieszcza się w powłoce ochronnej

9/11

Izolacja ochronna

Pary splecionych przewodów miedzianych

Okablowania UTP używa się w większości systemów telefonicznych. To jest jedna

z przyczyn rosnącej popularności tego systemu okablowania, gdyż w wielu

budynkach jest ono już przygotowane jako sieć telefoniczna. Dla zaoszczędzenia

kosztów zwykle przygotowując konstrukcję budynku dodaje się nadmiarowe pary

kabla UTP przewidując przyszły rozwój sieci telefonicznej. Zastosowanie

technologii UTP w transmisji danych szybko rośnie i można używać go w

większości współczesnych systemów.

Skrętka ekranowana STP (Shielded Twisted Pair ) tym różni się od kabla UTP,

ż

e w kablu znajduje się folia ekranująca, a pokrycie ochronne jest znacznie lepszej

jakości. W rezultacie zmniejszają się straty transmisji (ponieważ jest mniejsze

osłabienie sygnału przekazywanego przez kabel) i zwiększa się odporność na

zakłócenia zewnętrzne. Mimo to w większości przypadków po analizie kosztów,

do wykonywania okablowania sieci lokalnych używa się kabla UTP.

Okablowanie wykonane za pomocą skrętki ma następujące zalety:

• jest tanie,

• urządzenia można łatwo łączyć,

• kabel jest łatwy do ułożenia.

W porównaniu z kablem koncentrycznym ma również sporo wad, takich jak:

• większa podatność na szumy i zakłócenia,

• zazwyczaj zmniejszona szybkość przesyłania danych,

• większe straty sygnału.

10/11

Skrętkę dzieli się na następujące 5 kategorii:

-

Kategoria 1: tradycyjna nieekranowana (UTP) skrętka telefoniczna, nie

nadaje się do przesyłania danych,

-

Kategoria 2: nieekranowana (UTP) skrętka służoca do przesyłania danych z

prędkością do 4 Mbit/s. Kable tego typu zawierają w sobie dwie pary

skręconych przewodów,

-

Kategoria 3: kable UTP lub STP tej kategorii zbudowane są z czterech par

przewodów skręconych jeden raz na 10 cm. Umożliwiają transmisję do 10

Mbit/s ,

-

Kategoria 4: kable STP złożone z 4 par przewodów. Testowane dla

transmisji do 16Mbit/s,

-

Kategoria 5: kable STP o rezystancji 100 Ohm na 1 km z dodatkowym

przeplotem skręconych przewodów; projektowane na transmisje do 100

Mbit/s,

-

Kategorie 6 i 7: projektowane na transmisje do 1000 Mbit/s,

Ś

wiatłowód

Przez światłowód dane są przekazywane w postaci zmodulowanej wiązki

ś

wiatła. Jak sugeruje nazwa, światłowód nie przenosi żadnych sygnałów

elektrycznych. Odpowiednikiem prądu elektrycznego są wiązki światła,

modulowane zgodnie z treścią przekazywanych informacji.

Szklany lub plastikowy rdzeń

Osłona zabezpieczająca

Ś

wiatłowody są używane do bardzo szybkiej transmisji dużych ilości informacj

11/11

Szybkość przekazywania danych sięga trylionów bps. Sieć, w której używa się W]

łącznie kabli światłowodowych, nazywa się w skrócie FDDI (Fiber Distributed Dal

Interface).

Włókno używane w kablu światłowodowym może być wykonane ze szkła li

plastiku. Światłowody plastikowe znacznie łatwiej instalować, ale występują w nit

niestety dużo większe straty, niż w światłowodach szklanych.

Ś

wiatłowody są używane do bardzo szybkiej transmisji dużych ilości informacji.

Szybkość przekazywania danych sięga trylionów bps. Sieć, w której używa się

wyłącznie kabli światłowodowych, nazywa się w skrócie FDDI (Fiber Distributed

Data Interface).

Włókno używane w kablu światłowodowym może być wykonane ze szkła lub

plastiku. Światłowody plastikowe znacznie łatwiej instalować, ale występują w

nich -niestety-dużo większe straty, niż w światłowodach szklanych.

Kable światłowodowe mają następujące zalety:

-

bardzo dużą transmisje danych

-

nie generują żadnych sygnałów elektrycznych i magnetycznych, dzięki czemu

nie zakłócają działania innych urządzeń,

-

sygnały przesyłane przez wiązki nie są narażone na zewnętrzne zakłócenia

elektryczne i magnetyczne,

-

w porównaniu ze skrętką czy kablem koncentrycznym, kabel światłowodowy

ma znacznie mniejsze straty, w związku z czym szczególnie nadaje się do

wykonywania łączy o długościach od kilku do kilkunastu kilometrów,

-

niemożliwe jest bezpośrednie podłączenie do istniejącego łącza, dzięki czemu

zaliczane są do sieci o zwiększonym poziomie bezpieczeństwa.

Wady to:

-

instalacja może być wykonywana tylko przez wykwalifikowany personel,

-

wysoka cena urządzeń współpracujących oraz samych światłowodów,

-

duże koszty instalacji