Fizyczne komponenty sieci – parametry, media transmisyjne

Fizyczne komponenty sieci

– parametry, media

transmisyjne

Opracował RK

Uniwersytet Śląski w Katowicach

2011

Budowa każdego typu sieci oparta jest na
typowych dla tej sieci komponentach
fizycznych.

• Fizyczne komponenty sieci przewodowej,

np.: okablowanie sieciowe, karty sieciowe,
routery, przełączniki sieciowe, modemy

• Fizyczne komponenty sieci

bezprzewodowej, np.: karta sieciowa,
Access point, antena

Modem (od ang. MOdulator-DEModulator)
-urządzenie elektroniczne, którego zadaniem jest
zamiana danych cyfrowych na analogowe sygnały
elektryczne i na odwrót tak, aby mogły być
przesyłane i odbierane poprzez linię telefoniczną.

Karta sieciowa (ang. NIC - Network Interface Card) - karta
rozszerzenia, która służy do przekształcania pakietów danych w
sygnały, które są przesyłane w sieci komputerowej. karta
rozszerzenia (PCI, PCMCIA, USB), która służy do przekształcania
pakietów danych w sygnały, które są przesyłane w sieci
komputerowej. Posiada adres fizyczny, znany jako adres MAC,
przyporządkowany w momencie jej produkcji przez producenta,
zazwyczaj umieszczony na stałe w jej pamięci ROM.

Repeater (wzacniak) - powtarza (kopiuje) odbierane
sygnały i wzmacnia sygnał . Polega to na zwiększeniu
poziomu odbieranego przebiegu falowego bez zmiany
jego częstotliwości. Jest to najprostsze urządzenie tego
typu. Na przykład, jeśli jest sieć zrobiona na skrętce UTP
kategori 5 Ethernet to maksymalna długość, na którą
można wysyłać dane wynosi 100 metrów. Wzmacniak
może być użyty do powiększenia tej długości.

Hub (koncentrator) – jest urządzeniem podobnym do
wzmacniaka. W zasadzie jest to wieloportowy wzmacniak.
Koncentratory wysyłają sygnał na wszystkie swoje porty
czyli jak dany host wysyła komunikat, to jest on wysyłany
do każdego hosta podłączonego do koncentratora.

Access point (punkt dostępu lub dostępowy, skr.
PD lub AP) – urządzenie zapewniające stacjom
bezprzewodowym dostęp do zasobów sieci za pomocą
bezprzewodowego medium transmisyjnego
(częstotliwości radiowe). Punkt dostępowy jest także
mostem łączącym sieć bezprzewodową z siecią
przewodową.

Switch – (przełącznik) stosowany jest przede
wszystkim w topologii gwiazdy, w cieciach opartych
na skrętce. Zwykle posiadają kilkanaście portów,
które mogą być wykorzystane do podłączenia stacji
roboczych. Oferuje te same funkcje co hub
(koncentrator).

Most lub mostek (ang. bridge) - to
urządzenie posiadające dwa porty łączące
segmenty sieci. Zapamiętuje adres MAC
urządzeń przyłączonych do poszczególnych
portów. Sprawdza adres i do jakiego
segmentu ma go przepisać.

Router (po polsku – ruter, trasownik) – to
urządzenie używane do łączenia sieci np.
przyłączanie sieci LAN do Internetu.
Jest urządzeniem konfigurowalnym, pozwala
sterować przepustowością sieci i zapewnia
bezpieczeństwo.

Brama sieciowa (ang. gateway) – maszyna
podłączona do sieci komputerowej, za pośrednictwem
której komputery z sieci lokalnej komunikują się z
komputerami w innych sieciach. Brama sieciowa może
trasować pakiety między sieciami TCP/IP lub innych
protokołów trasowanych – jest wtedy routerem.

Medium transmisyjne jest nośnikiem
używanym do transmisji czyli
przemieszczania sygnałów w telekomunikacji i
jest podstawowym elementem systemów
telekomunikacyjnych. Możliwości transmisji
zależą od parametrów użytego medium.

Wyróżnia się media:
- przewodowe
- bezprzewodowe.

1. Kabel koncentryczny, często nazywany
"koncentrykiem", składa się z dwóch koncentrycznych
(czyli współosiowych) przewodów. Kabel ten jest
dosłownie współosiowy, gdyż przewody dzielą wspólną
oś. Najczęściej spotykany rodzaj kabla
koncentrycznego składa się z pojedynczego przewodu
miedzianego, znajdującego się w materiale
izolacyjnym. Izolator (lub inaczej dielektryk) jest
okolony innym cylindrycznie biegnącym
przewodnikiem, którym może być przewód lity lub
pleciony, otoczony z kolei następną warstwą
izolacyjną. Całość osłonięta jest koszulką ochronną z
polichlorku winylu (PCW) lub teflonu.

Zaletą kabla koncentrycznego jest
to, że potrafi obsługiwać komunikację
w pasmach
o dużej szerokości bez potrzeby
instalowania wzmacniaków. Kabel
koncentryczny był pierwotnym
nośnikiem sieci Ethernet.

Wady kabla koncentrycznego:

– Kabel koncentryczny jest dość wrażliwą strukturą. Nie znosi

ostrych zakrętów ani nawet łagodnie przykładanej siły
gniotącej. Jego struktura łatwo ulega uszkodzeniu, co powoduje
bezpośrednie pogorszenie transmisji sygnału.

– Dodatkowymi czynnikami zniechęcającymi do stosowania kabli

koncentrycznych są ich koszt i rozmiar. Okablowanie
koncentryczne jest droższe aniżeli skrętka dwużyłowa ze
względu na jego bardziej złożoną budowę. Każdy koncentryk
ma co najmniej 1 cm średnicy. W związku z tym, zużywa on
olbrzymią ilość miejsca w kanałach i torowiskach kablowych,
którymi prowadzone są przewody. Niewielka nawet
koncentracja urządzeń przyłączonych za pomocą kabli
koncentrycznych zużywa całe miejsce, którym przewody mogą
być prowadzone.

2. Skrętka dwużyłowa zbudowana jest z dwóch cienkich
przewodów o średnicach od 4 do 9 mm i splecionych
razem. Skręcenie przewodów jest jedną z metod
minimalizacji zakłóceń promieniowania
elektromagnetycznego. Kable te są wykonywane w różnych
rozmiarach średnicy i kształtach skrętki dwużyłowej.
Grubość przewodu jest bezpośrednio związana z
szerokością pasma transmisji, a także ze wzrostem
czynników zakłócających. Skrętki dwużyłowe mogą
posiadać od jednej pary żył aż do 600 par. Jest to skutkiem
zwiększania przepustowości i pojemności kabla.
Standardowym kablem używanym w sieciach LAN jest
kabel czteroparowy, czyli ośmiożyłowy. Kabel stosuje się z
osłoną ekranującą lub bez niej. Każda ze skrętek wykonana
jest z odpowiednią kategorią (od 1 do 5) określającą jej
wydajność.

Charakterystyki kategorii wydajności skrętki
dwużyłowej:
Kategoria 1- Typowa skrętka telefoniczna, nie nadaje się do
przesyłania danych. Obecnie nie stosowana.
Kategoria 2- Nie ekranowana skrętka, używana do transmisji z
szybkością 4 Mb/s. Obecnie nie stosowana.
Kategoria 3- Kabel zawierający 4 pary skrętek, używany do
transmisji z szybkością maksymalną 10 Mb/s. Obecnie
stosowana.
Kategoria 4- Kabel zawierający 4 pary skrętek, używany do
transmisji z szybkością maksymalną 16 Mb/s, na paśmie o
szerokości 20 MHz i na odległość 150 m. Obecnie rzadko
stosowana.
Kategoria 5- kabel zawierający 4 pary skrętek, używany do
transmisji z szybkością maksymalną 100 Mb/s (dostępny w
wersji ekranowanej i nieekranowanej)

Ekranowana skrętka dwużyłowa (ang. STP - Shielded Twisted
Pair) różni się od standardowych skrętek posiadaniem osłony przed
promieniowaniem elektromagnetycznym. Osłona ta jest folią lub
litym przewodem pod wierzchnią izolacją kabla. Rozwiązanie ma,
jak każde inne swoje wady i zalety. Ogranicza napływ
promieniowania elektromagnetycznego z zewnątrz, lecz także
kumuluje promieniowanie wewnętrzne wytworzone przez przewody
kabla.
Nieekranowana skrętka dwużyłowa (ang. UTP - Unshielded
Twisted Pair) jest alternatywą dla ekranowanego kabla.
Wykonywana jest w kategoriach 3 i 5. Dla kategorii 3 kabel UTP
zapewnia pasmo o szerokości 16 MHz, które umożliwia przesyłanie
danych z prędkością 10 Mb/s na odległość maksymalną 100 m.
Skrętka wykonana w kategorii 5 wykorzystuje pasmo o
częstotliwości 100 MHz, dające prędkość 100 Mb/s, 155 Mb/s a
nawet 256 Mb/s (przy założeniu odpowiednich wymagań).

Zalety skrętki:
• tanie koszty zakupu i instalacji,
• wysoka prędkość transmisji
• łatwe diagnozowanie uszkodzeń,
• łatwa instalacja,
• odporność na poważne awarie (przerwanie

kabla unieruchamia najczęściej tylko jeden
komputer),

• jest akceptowana przez wiele rodzajów sieci.

Wady skrętki:
• mniejsza długość odcinka kabla niż w innych

mediach stosowanych w Ethernecie,

• mała odporność na zakłócenia (skrętki

nieekranowanej),

• niska odporność na uszkodzenia mechaniczne.

3. Światłowody:
Do łączenia sieci komputerowych używa się
również giętkich włókien szklanych, przez które
dane są przesyłane z wykorzystaniem światła.
Cienkie włókna szklane zamykane są w plastikowe
osłony, co umożliwia ich zginanie nie powodując
łamania. Nadajnik na jednym końcu światłowodu
wyposażony jest w diodę świecącą lub laser, które
służą do generowania impulsów świetlnych
przesyłanych włóknem szklanym. Odbiornik na
drugim końcu używa światłoczułego tranzystora do
wykrywania tych impulsów.

Zalety kabla światłowodu:
• Nie powodują interferencji elektrycznej w innych

kablach, ani też nie są na nią podatne

• Impulsy świetlne mogą docierać znacznie dalej niż

w przypadku sygnału w kablu miedzianym

• Światłowody mogą przenosić więcej informacji niż

za pomocą sygnałów elektrycznych

• Inaczej niż w przypadku prądu elektrycznego, gdzie

zawsze musi być para przewodów połączona w
pełen obwód, światło przemieszcza się z jednego
komputera do drugiego poprzez pojedyncze włókno

Wady kabla światłowodu:
• Przy instalowaniu światłowodów

konieczny jest specjalny sprzęt do ich
łączenia, który wygładza końce włókien
w celu umożliwienia przechodzenia przez
nie światła

• Gdy włókno zostanie złamane wewnątrz

plastikowej osłony, znalezienie miejsca
zaistniałego problemu jest trudne

• Naprawa złamanego włókna jest trudna

ze względu na konieczność użycia
specjalnego sprzętu do łączenia dwóch
włókien tak, aby światło mogło
przechodzić przez miejsce łączenia

W telekomunikacji wykorzystuje się
zwykle światło podczerwone. Kable
utworzone
z włókien szklanych są odporne na
zakłócenia elektromagnetyczne i
mają dużą przepustowość. Przy ich
użyciu można osiągać szybkości
przesyłania do 100 Gb/s (ok. 12,5
GB/s); najszybsze systemy
światłowodowe mogą prowadzić
sygnał rzędu kilku Tb/s.

Opis schematu (przekrój) światłowodowego kabla
8-żyłowego:

a - zewnętrzna powłoka kabla
b - wzmocnienie, np. włókna
aramidowe
c - uszczelnienie ośrodka
d - włóknina aramidowa lub żel
higrofobowy
e- luźne tuby ze światłowodami,
mogą być wypełnione żelem
higrofobowym
f – światłowody

Fale elektromagnetyczne w zakresie
podczerwieni IR (InfraRed) są stosowane na
otwartym terenie, bądź wewnątrz budynków. Jako
źródła promieniowania fal elektromagnetycznych
wykorzystuje się diody elektroluminescencyjne LED
(Light Emitting Diode) lub diody laserowe. Przy
używaniu łącz bezprzewodowych w podczerwieni
nie jest wymagane uzyskiwanie licencji na ich
stosowanie w przeciwieństwie do fal radiowych.
Największym ograniczeniem tego medium
transmisyjnego jest niewielki zasięg wynoszący
do kilkudziesięciu metrów.

Fale radiowe do transmisji wymagają
planowania przydziału częstotliwości, z
uwzględnieniem maksymalnej dopuszczalnej
mocy nadajników, rodzaju modulacji oraz innych
zaleceń Międzynarodowej Unii Telekomunikacji
(ITU). Obecnie najpopularniejszymi
częstotliwościami używanymi do transmisji
bezprzewodowej są 2,4 GHz i wyższe (zakres
mikrofali). Odległości na jakich stosuje się fale
radiowe wynoszą do kilkudziesięciu kilometrów
przy zastosowaniu specjalnych anten nadawczo-
odbiorczych.

Przykłady zastosowania połączeń

bezprzewodowych

elektromagnetycznych i radiowych

IrDA (Infrared Data Association) to system
transmisji danych pomiędzy różnego typu
urządzeniami z wykorzystaniem podczerwieni.
Przeznaczony głównie do tworzenia sieci
tymczasowych. Umożliwia połączenie urządzeń
znajdujących się w zasięgu bezpośredniej
widoczności. Odległość pomiędzy poszczególnymi
elementami sieci nie może przekroczyć kilku
metrów. Umożliwia bezprzewodowe podłączenie
drukarki, przesłanie zdjęć z aparatu cyfrowego,
czy podłączenie telefonu komórkowego.

Bluetooth to technologia bezprzewodowej
komunikacji pomiędzy różnymi urządzeniami
elektronicznymi takimi jak np. klawiatura,
zegarek, komputer, laptop, palmtop, telefon
komórkowy i wieloma innymi. Zasięg wynosi
maksymalnie do 200 m w terenie otwartym,
choć w specyfikacji podana jest wartość 10 m.
Używa fal w zakresie 2,4 GHz. Standard ten
został następcą transmisji IrDA, ponieważ
posiada wszystkie jego zalety, a jednocześnie
pozbawiony jest jego wad.

Wi Fi "Wireless Fidelity" bezprzewodowa
jakość to zestaw standardów stworzonych do
budowy bezprzewodowych sieci
komputerowych. Szczególnym
zastosowaniem WiFi jest budowanie sieci
lokalnych opartych na komunikacji radiowej,
czyli WLAN (ang. wireless local area network).
Produkty zgodne z WiFi mają na sobie
odpowiednie logo, które świadczy o zdolności
do współpracy z innymi produktami tego
typu.