1/11
Sieci i Systemy Teleinformatyczne (SIST)
3. Wybrane urządzenia sieciowe
W sieciach komputerowych (nazywanych tak\
e logicznymi) niezbędne jest
stosowanie ró\
nego rodzaju sprzętu wspomagającego wymianę danych między
odległymi systemami lub innymi urządzeniami.
Do podstawowych mo\
na 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 mo\
e w łatwy sposób przełączać,
przesuwać i testować elementy sieci poprzez zmianę połączeń w krosownicy.
Przewody słu\
ące do wykonywania takich połączeń to  patchcordy (patch cord)
3. Przełącznica (matrix switch) - jest urządzeniem posiadającym pewną liczbę
portów wejścia i wyjścia. Słu\
y ona do łączenia określonego wejścia z danym
wyjściem. W chwili obecnej przełącznice realizowane są na poziomie
mikroprocesorowym i umo\
liwiają utworzenie połączenia w bardzo krótkim
czasie. Charakteryzują się tak\
e bardzo du\
ą 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 równie\
w sieciach
światłowodowych. Wzmacniak nie ingeruje w przechodzące przez nie dane, nie
próbuje w \
aden sposób ich interpretować. Wraz z oryginalnym sygnałem
wzmacniany jest tak\
e szum.
3/11
Wzmacniak mo\
e łączyć ró\
ne sieci wyłącznie o jednakowej architekturze,
u\
ywając tych samych protokołów, metod uzyskiwania dostępu oraz technik
transmisyjnych.
Wzmacniaki często integrowane są w innych, bardziej zło\
onych urządzeniach, na
przykład w hubach aktywnych.
5. Koncentrator (hub) - jest urządzeniem powielającym sygnał otrzymany na jeden
z portów na swe pozostałe porty. Wyró\
nić mo\
na huby aktywne, które prócz
przekazania sygnału wzmacniają go oraz huby pasywne, które jedynie przekazują
sygnał. Hub pasywny zrealizować mo\
na z wykorzystaniem zwykłej przełącznicy.
Urządzenia te umo\
liwiają łatwą przebudowę oraz rozbudowę sieci, mogą być
łączone w strukturę hierarchiczną. Termin hub określa tak\
e bardziej
zaawansowane urządzenia, ni\
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
wyró\
niono 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 mo\
liwości zarządzania
takimi urządzeniami przy pomocy zdalnego protokołu SNMP.
Huby drugiej generacji nazywane są tak\
e hubami inteligentnymi z
uwagi na mo\
liwość realizacji przez nie funkcji zarządzających.
Wyposa\
one są one w płyty główne z magistralami, dzięki czemu mają
mo\
liwość pracy z ró\
nymi rodzajami mediów. Są w stanie tak\
e pełnić
4/11
rolę mostów pomiędzy sieciami. W hubach tych montowane są wydajne
procesory RISC. Są tak\
e w stanie zbierać informacje statystyczne
dotyczące segmentu sieci, w której pracują. Część z nich implementuje
protokół SNMP.
Huby trzeciej generacji nazywane tak\
e 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) słu\
y 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
mo\
e obsługiwać ró\
ne typy sieci. Mosty są w stanie tłumaczyć ramki z jednego
formatu na inny. Wprowadza to pewne opóz
nienie, jednak umo\
liwia łączenie
ró\
nych sieci. Wydajność mostów określana jest na podstawie liczby
przetworzonych ramek w ciągu sekundy.
6. Ruter (router) - jest urządzeniem pracującym w warstwie sieciowej. Mo\
e być
wykorzystany do łączenia sieci lokalnych lub rozległych. Routery są
podstawowym wyposa\
eniem du\
ych sieci i sterują przepływem pakietów do
miejsc przeznaczenia w przypadku, gdy istnieje więcej ni\
jedna mo\
liwa 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 mo\
e 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 mo\
e być statycznie,
ręcznie wprowadzana przez administratora, bądz
routery mogą komunikować się
ze sobą w celu wymiany informacji. W ten sposób mo\
liwe jest tak\
e
modyfikowanie tras w przypadku wystąpienia awarii.
7. Bramka (gateway)  słu\
y do wzajemnego łączenia sieci. W modelu OSI
funkcjonuje na poziomie dowolnej warstwy, wy\
szej ni\
warstwa sieciowa, dzięki
czemu jest mo\
liwe stosowanie ró\
nych 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 ju\
w 1974 roku)
8. Urządzenia wspomagające - czasami w sieci dzieje się coś, czego nie mo\
na
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 nale\
y zweryfikować ciągłość kabla,
zakłócenia elektryczne, występowanie przesłuchów, wartości tłumienia oraz jego
pojemność. Przydatne jest tak\
e poznanie umiejscowienia kabla, jeśli biegnie on w
ścianie 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, umo\
liwiający 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. Umo\
liwiają
one wykrycie stacji najbardziej aktywnych lub generujących największe ilości
błędów. Mo\
liwe jest tak\
e filtrowanie i podgląd pakietów zawierających
określone typy informacji. Dzięki temu mo\
na 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 słu\
ącym do przekazywania
informacji. W sieciach lokalnych powszechnie stosuje się następujące rodzaje
okablowania:
" kabel koncentryczny (współosiowy),
" skrętka,
" światłowód.
Kabel koncentryczny
Kabel koncentryczny mo\
e przekazywać dane w sieci z prędkością
przekraczającą 350 Mbps. Taki kabel składa się z pojedynczego przewodu
miedzianego, będącego głównym przewodnikiem impulsów prądu, umieszczonego
wzdłu\
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, ró\
niących się między
innymi grubością. Ka\
dy rodzaj sieci cechuje specyficzna impedancja
okablowania, której musi odpowiadać zastosowany kabel sieciowy. Grubsze kable
są znacznie mniej wygodne w u\
yciu: trudno je instalować szczególnie wtedy,
kiedy układa się je w istniejących korytkach i przepycha przez kanały kablowe.
Równie\
cena kabli wzrasta wraz z ich grubością. Inną cechą odró\
niającą 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 u\
ywany do budowy sieci o topologii magistrali
liniowej w jednym pomieszczeniu
Gruby (\
ółty)
- maksymalna ilość komputerów w segmencie: 100
- maksymalna długość segmentu: 500 m
- odległość między komputerami: 2.5m lub wielokrotność
(jeden odcinek przewodu nie mo\
e być dłu\
szy ni\
50 m i
wprowadzać opóz
nienia większego ni\
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
" mo\
na u\
ywać odcinków dłu\
szych, ni\
w przypadku skrętki, bez konieczności
u\
ywania wzmacniaków;
" mo\
na nim przesyłać równocześnie dz
więk, obraz i dane;
" kabel koncentryczny jest od dłu\
szego czasu stosowany w komunikacji i
technologia jego produkcji jest dobrze opanowana.
Kabel koncentryczny ma równie\
wady:
" gruby kabel koncentryczny mo\
e być trudny w instalowaniu;
" instalacja jest dro\
sza, ni\
w przypadku skrętki;
" równie\
koszt kabla jest wy\
szy, ni\
koszt skrętki.
Skrętka
Istnieje kilka ró\
nych odmian skrętki. Skrętka nieekranowana (UTP -
Unshielded Twisted Pair) składa się z dwóch splecionych ze sobą izolowanych
przewodów miedzianych. Jednak skrętka jest czymś więcej, ni\
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 u\
ywa się w większości systemów telefonicznych. To jest jedna
z przyczyn rosnącej popularności tego systemu okablowania, gdy\
w wielu
budynkach jest ono ju\
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 mo\
na u\
ywać go w
większości współczesnych systemów.
Skrętka ekranowana STP (Shielded Twisted Pair ) tym ró\
ni się od kabla UTP,
\
e w kablu znajduje się folia ekranująca, a pokrycie ochronne jest znacznie lepszej
jakości. W rezultacie zmniejszają się straty transmisji (poniewa\
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 u\
ywa się kabla UTP.
Okablowanie wykonane za pomocą skrętki ma następujące zalety:
" jest tanie,
" urządzenia mo\
na łatwo łączyć,
" kabel jest łatwy do uło\
enia.
W porównaniu z kablem koncentrycznym ma równie\
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 słu\
oca 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. Umo\
liwiają transmisję do 10
Mbit/s ,
- Kategoria 4: kable STP zło\
one 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,
Światłowód
Przez światłowód dane są przekazywane w postaci zmodulowanej wiązki
światła. Jak sugeruje nazwa, światłowód nie przenosi \
adnych sygnałów
elektrycznych. Odpowiednikiem prądu elektrycznego są wiązki światła,
modulowane zgodnie z treścią przekazywanych informacji.
Szklany lub plastikowy rdzeń
Osłona zabezpieczająca
Światłowody są u\
ywane do bardzo szybkiej transmisji du\
ych ilości informacj
11/11
Szybkość przekazywania danych sięga trylionów bps. Sieć, w której u\
ywa się W]
łącznie kabli światłowodowych, nazywa się w skrócie FDDI (Fiber Distributed Dal
Interface).
Włókno u\
ywane w kablu światłowodowym mo\
e być wykonane ze szkła li
plastiku. Światłowody plastikowe znacznie łatwiej instalować, ale występują w nit
niestety du\
o większe straty, ni\
w światłowodach szklanych.
Światłowody są u\
ywane do bardzo szybkiej transmisji du\
ych ilości informacji.
Szybkość przekazywania danych sięga trylionów bps. Sieć, w której u\
ywa się
wyłącznie kabli światłowodowych, nazywa się w skrócie FDDI (Fiber Distributed
Data Interface).
Włókno u\
ywane w kablu światłowodowym mo\
e być wykonane ze szkła lub
plastiku. Światłowody plastikowe znacznie łatwiej instalować, ale występują w
nich -niestety-du\
o większe straty, ni\
w światłowodach szklanych.
Kable światłowodowe mają następujące zalety:
- bardzo du\
ą transmisje danych
- nie generują \
adnych sygnałów elektrycznych i magnetycznych, dzięki czemu
nie zakłócają działania innych urządzeń,
- sygnały przesyłane przez wiązki nie są nara\
one 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,
- niemo\
liwe jest bezpośrednie podłączenie do istniejącego łącza, dzięki czemu
zaliczane są do sieci o zwiększonym poziomie bezpieczeństwa.
Wady to:
- instalacja mo\
e być wykonywana tylko przez wykwalifikowany personel,
- wysoka cena urządzeń współpracujących oraz samych światłowodów,
- du\
e koszty instalacji