Jednotlivé prenosové cesty sa vzájomne doplňujú a v praxi sa často kombinujú. Pri riešení prenosovej cesty sa vychádza zo vzdialenosti a objemu prenášaných informácií a v súčasnosti  vystupuje do popredia obmedzenie vlastného vyžarovania a odolnosti proti rušeniu.

1.  Prenosové cesty

V praxi sa používajú tieto tri typy prenosových médií:

• elektrické (metalické)      koaxiál, krútená dvojlinka
• optické                             sklenené alebo plastové vlákno, patrí sem aj infrared (je wireless)
• rádiové (bezdrôtové)       krátke a dlhé vlny

Jednotlivé prenosové cesty sa vzájomne doplňujú a v praxi sa často kombinujú. Pri riešení prenosovej cesty sa vychádza zo vzdialenosti a objemu prenášaných informácií a v súčasnosti  vystupuje do popredia obmedzenie vlastného vyžarovania a odolnosti proti rušeniu. Všeobecne klesá význam metalických vedení a rozširuje sa používanie optických prenosových ciest. Rádiové prenosové cesty majú veľký význam pre svoju mobilitu. Prenosové cesty patria z hľadiska OSI modelu do 1. vrstvy, fyzickej.

Tabuľka používaných prenosových médií

Každá prenosová cesta (médium) má svoje výhody a nevýhody. Žiadna prenosová cesta nie je ideálna. Pri prenose elektrických signálov cesta kladie signálu určitý odpor, čím sa zmenšuje amplitúda signálu. Cesta sa chová aj ako kapacita a indukčnosť, čím sa zaobľujú hrany signálu. S rastúcou vzdialenosťou rastie útlm a skreslenie, preto treba používať aktívne prvky na zosilnenie signálu (switch, repeater pri optike).

Pre každú prenosovú cestu existuje rozsah frekvencií, kedy prenáša signály s prijateľnou kvalitou, voláme ju šírka pásma (bandwidth) a udáva sa v Hz. (Napr. klasický analógový telefónny hovor má šírku pásma 4 KHz, koaxiálny vodič aj krútená dvojlinka až 1 GHz, optika THz a WiFi napr. 2,4 GHz…)

Metódy prenosu bitov po fyzickom kanáli:

• Prenos v základnom pásme (baseband): bity sa vysielajú v číslicovej forme tak ako sú, alebo s určitým typom kódovania (udržiava sa charakter číslicového údaja, dáta nie sú modulované). Pr. Ethernet-LAN sieť, len jeden kanál, kratšie vzdialenosti.
• Modulácia (prenos v preloženom pásme, broadband) –na nosnú frekvenciu sa namodulujú, upravia prenášané dáta.  Používa sa pri väčších vzdialenostiach, napr. ADSL-viac kanálov, Chello s TV- viac kanálov.

Modulácia jeúprava  harmonického nosného signálu. Delíme ju na amplitúdovú, frekvenčnú a fázovú.  Binárne dáta sa nabaľujú na analógový signál moduláciou podľa toho, čo daná cesta prenáša najlepšie (amplitúda, frekvencia, fáza).

Modulačná rýchlosť – počet zmien daných parametrov nosnej za sekundu  [Bd].

Prenosová rýchlosť – objem informácie prenesený za jednotku času [bps]. S vhodným kódovaním vieme zyýšiť prenosovú rýchlosť. (Pr. počet áut, ktoré idú cez križovatku vyjadruje modulačnú rýchlosť. Počet cestujúcich, ktorí sú v autách je prenosová rýchlosť).

Kódovanie – reprezentácia binárnych dát v základnom pásme (Manchester, NRZ,TTL…). Vhodným kódovaním vieme zvýšiť prenosovú rýchlosť, pretože jednou zmenou signálu vieme preniesť viac bitov.

Rôzne spôsoby kódovania vidno na nasledujúcom obrázku:

1.1.       Elektrické prenosové médiá

1.1.1.      Koaxiálny kábel

Vodič pozostáva z vonkajšieho plášťa, medeného opletenia alebo niekedy z hliníkovej fólie, plastového izolátora a samotného medeného vodiča. Signál je tvorený rozdielom napätí medzi vodičom a sieťkou. V sieťach sa využívala zbernicová topológia,  konektor BNC. Dnes sa už v LAN nepoužíva, využíva ho WAN technológia Chello s káblovými rozvodmi a WiFi technológia pre pripojenie vysielača a antény.

Rozoznávame:    tenký koaxiál –segment 185 m, v Ethernete technológia 10 BASE 2

hrubý koax – 500 m, v Ethernete technológia 10 BASE 5

(10 znamená rýchlosť v Mbit/s, baseband-  základné pásmo, 5-dĺžka segmentu)

Výhody:

• použiteľný na väčšie vzdialenosti ako STP/UTP na 500m bez opakovača
• lacný, ľahká inštalácia
• dobré el. vlastnosti, malý útlm a rušenie

Nevýhody:

• spoľahlivosť, pri výpadku jedného nejde nikto
• nízka prenosová rýchlosť, do 10Mbps, nedá sa zvyšovať
• zastaralá technológia
• neumožňuje robiť štruktúrovanú kabeláž
• len half-duplexný prenos

1.1.2.      Krútená dvojlinka

Pozostáva z 8 vodičov, každé 2 sú navzájom prepletené a všetky 4 páry sú tiež navzájom prepletené dookola. Krútenie vodičov eliminuje anténny efekt – rušenie od susedných vodičov – presluch (norma presne určuje počet závitov/dĺžka). Signál je tvorený rozdielom napätí medzi vodičmi v páre. V sieťach sa využíva topológia STAR,  konektor RJ-45. Dĺžka sieťového segmentu je 100m a v Ethernete sa používajú technológie 10 BASE-T, ..až 1000 BASE-T (T-twisted). Umožňuje robiť štruktúrovanú kabeláž.

Rozoznávame:            tienená krútená dvojlinka (STP), používa sa napr. pri el. motoroch, kde sú veľké rušenia

netienená (UTP), lacnejšia

Pre tvorbu káblov sú stanovené  normy EIA/TIA 568A a 568B. Ak použijeme na jednej strane normu 568A a na druhej strane 568B, máme krížený kábel (cross) pre prepojenie dvoch rovnakých zariadení (PC-PC, PC-router, switch-switch). Ak máme obe strany rovnaké, vzniká priamy kábel pre prepojenie rôznych zariadení. Dnešné nové sieťové zariadenia si vedia sami detekovať a prepnúť rozhranie, takže na type kábla už nezáleží.

Krútená dvojlinka sa vyrába v rôznych kategóriách, podľa prenosovej rýchlosti a počtu použitých vodičov:

Ak sa rozhodneme použiť tienený kábel, treba zakúpiť aj tienené zásuvky, prepojovacie panely a konektory.

Ďalšie delenie káblov je podľa použitia. Ak chceme robiť v stene štruktúrovanú kabeláž, použijeme tzv. drôt, solid, ktorý je málo ohybný. Pre prepájanie zariadení v LAN použijeme ohybnejší, patch kábel (hovorovo lanko).

Nevýhody krútenej dvojlinky:

• nedajú sa použiť pri el. strojoch, motoroch, ktoré rušia el. signál
• nemajú sa používať vonku medzi budovami kvôli rôznemu potenciálu zeme medzi nimi, blesky a búrky

1.2.       Optické káble

Prenášajú elektromagnetické vlnenie s frekvenciou rádovo stovky THz – svetlo. Pracujú na princípe 1-svetlo, 0-tma. Sú založené na fyzikálnom princípe odrazu a lomu svetla v dvoch rôznych prostrediach. Pri určitom medznom uhle sa svetelný signál prenáša do okolia skoro bez strát a dochádza k tzv. úplnému odrazu.

Vysielačom (generátorom) môže byť LED dióda alebo laser, prijímačom (detektorom) je fotodióda alebo fototranzistor. Oba prvky robia prevod elektrika vs. optika.

Typy optických vlákien

• jednovidové vlákna  (singlemode)- priemer jadra 5 až 10 mm a plášť 125 mm, používa sa pri laseri ako generátore, drahšie, väčší dosah (až 40 km).
• mnohovidové vlákna (multimode)- priemer  jadra 50mm a plášťa 125 mm , prípadne s priemerom 60,5 mm a plášťa 125 mm, používa sa pri LED diódach ako generátore, lacnejšie, menší dosah (2 km).

Výraz vid (mód) je možné stotožniť s výrazom lúč svetla. Mnohovidové vlákna teda umožňujú prenos viacerých lúčov , presnejšie vidov. Jednovidové umožňujú prenos len jedného vidu. V jednom optickom vodiči je 2-48 vlákien. Sú v sklenenom alebo v plastovom prevedení. Čím ide svetelný lúč priamejšie, bez odrazov, tým má lepší dosah. Aby mohla optika pracovať v režime full-duplex, sú vedené vedľa seba dva vodiče. Jeden slúži na príjem (Rx) a druhý na vysielanie(Tx).

Prierez optickým vláknom:

Výhody použitia optických vodičov:

• šírka pásma je rádovo THz, čo mnohonásobne prevyšuje možnosti metalických káblov (koaxiálny kábel – 1GHz). V súčasnej dobe nevieme využiť celú šírku pásma, lebo nevieme vyrobiť kvalitné detektory a generátory.
• elektrická izolácia – optické vlákna sú izolanty. Optické vlákna je možné použiť v elektricky problematických prevádzkach, vo vonkajšom prostredí medzi budovami,  pri el. motoroch a pod.  Sú odolné voči rušeniu a ťažšie sa odpočúvajú dáta. Backbone Internetu (chrbtica) je postavená na optických vodičoch.
• imunita voči interferencii a presluchom – optický signál nie je ovplyvňovaný  elektromagnetickým rušením ako pri metalických prenosoch, nie sú presluchy od susedných vodičov.

K nevýhodám optických vodičov patrí vyššia cena a ťažšia inštalácia. Pri inštalácii  a zváraní vodičov sa používa zváračka s mikroskopom a vyžaduje sa vysoká čistota. Optické vlákna by sa nemali veľmi ohýbať, hrozí prelomenie vlákna.

1.3.       Bezdrôtové siete

Médium, ktorým sa šíri signál je vzduch (éter) a signál sa šíri prostredníctvom elektromagnetických vĺn.

Neformálne delenie bezdrôtových prenosov:

• optické – svetelné prenosy, prenosy vo viditeľnej časti spektra (laser-RONJA)
• infra(červené) – použiteľné na krátku vzdialenosť s priamou viditeľnosťou (TV ovládače)
• mikrovlnné – extrémne krátke vlnové dĺžky (WiFi)
• rádiové – ostatné

Základnými parametrami sú frekvencia a vlnová dĺžka. Závislosť vlnovej dĺžky  na frekvencii pre elektromagnetické vlnenie vo voľnom priestore a využitie frekvenčných pásiem pre telekomunikácie vidno na obrázku:

WiFi siete pre LAN prešli svojím vývojom. Sú zahrnuté v normách IEEE 802.11:

Na vytvorenie WiFi siete potrebujeme WiFi sieťovú kartu a bezdrôtový prístupový bod (Access Point–AP). AP funguje ako fyzický repeater alebo ako router. Prístupový bod sa obvykle pripája k pevnej sieti typu Ethernet, čo umožňuje prenášať dáta medzi bezdrôtovými a drôtovými zariadeniami. Bezdrôtové siete majú rovnakú topológiu ako siete Ethernet a pracujú na rovnakom princípe (prístupová metóda CSMA/CA).

Niekoľko prístupových bodov sa môže navzájom prepojiť a vytvoriť tak väčšiu sieť, ktorá umožňuje „roaming“.  Sieť, v ktorej klientske zariadenia komunikujú priamo navzájom, bez prístupových bodov, sa nazýva ad-hoc sieť. Takáto sieť sa dá najlepšie porovnať s káblovou sieťou typu P2P.

AP pracuje v dvoch režimoch:

• v móde AP – prepája klientske stanice navzájom v rámci jednej LAN. Vie sa spojiť s klientom.
• v móde Bridge – prepája viac rôznych LAN sietí. Nevie sa spojiť s klientom, používa iný protokol.

Pre správny príjem a vysielanie signálu je dôležitá anténa. Od jej kvality závisí rýchlosť a dosah siete. Poznáme viacero druhov:

• Smerové-uhol majú menší ako 90°
• Sektorové – uhol cca 90°
• Všesmerové-uhol 360°

 Čím menší uhol, tým väčší dosah, až 20 km.

K výhodám WiFi sietí patrí predovšetkým mobilita.

K nevýhodám patrí možnosť odpočúvania, narušenia prístupu do siete, vyžarovanie, nízka bezpečnosť. Nie je zaručená 100% dostupnosť ako pri kábli, výpadky signálu, rýchlosť závisí od počasia, viditeľnosti, rušenia od iných zariadení. Reálna rýchlosť je asi polovica z teoretickej rýchlosti. Pre zvýšenie bezpečnosti sa používajú rôzne stupne kryptovania, napr. WEP (Wired Equivalent Privacy), WPA a pod. Doporučuje sa zabezpečiť sieť aj kontrolou MAC adries, schovať SSID, zmeniť si IP adresu siete na inú ako predvolenú, nepoužívať DHCP pre prideľovanie IP klientom a zmeniť si heslo a používateľa pre prístup na AP na iné ako admin/admin.

1.4.       Štruktúrovaná kabeláž

Myšlienka prenášať jedným káblovým systémom aj hlas, aj dáta a video vznikla pôvodne v USA. V minulosti boli počítačové siete realizované koaxiálnym káblom a klasické telefónne siete krútenou dvojlinkou. Keďže telefónny rozvod bol už spravený a funkčný, a rozvoj počítačových sietí znamenal inštaláciu ďalších káblových systémov, vznikla myšlienka spojiť tieto rozvody. Prešlo sa na používanie krútenej dvojlinky aj v počítačových sieťach, vzniká Hub a Switch a štruktúrovaná kabeláž je na svete. Využíva normy TIA/EIA-568-A a 568-B.

Štruktúrovaný kabelážny systém je z hľadiska použitia na prenos dát (počítačová sieť, internet), hlasu (telefonizácia) a obrazu (kamerové systémy, televízia) univerzálny. Používateľ si môže ľubovoľne zvoliť, ktoré prípojné miesto (telekomunikačnú zásuvku) bude na akú službu využívať. Rovnako môže kedykoľvek svoje rozhodnutie zmeniť a službu predefinovať v rozvádzači jednoduchou zmenou v prepojovacom paneli (patch panel).Dnes pod štruktúrovanou kabelážou rozumieme kompletnú telekomunikačnú káblovú infraštruktúru v budove (alebo viacerých budovách)

Prvky štruktúrovanej kabeláže:

• PoP-Point of Presence- prístupový bod k Internetu, telekomunikačným službám, k ISP
• Main Distribution Facility (MDF, Wiring Closet)-hlavná telekomunikačná miestnosť so sieťovými zariadeniami, servermi, UPS.
• Intermediate Distribution Facility (IDF)-ďalšie miestnosti so zariadeniami, prepájajú od MDF až ku užívateľským zásuvkám
• Backbone Cabling-vertikálna kabeláž, chrbticová sieť, prepája prístupový bod s MDF a IDF
• Horizontal Cabling-horizontálna kabeláž, prepája IDF s užívateľskými zásuvkami
• Work Area-pracovná plocha, prepája PC koncového užívateľa do zásuvky horizontálnej kabeláže

Príklad v našej škole:

• PoP –optika je privedená do miestnosti pod schodami pri vstupe do budovy
• MDF-serverovňa, miestnosť pri praxi, kde sú všetky servery, UPS, klíma, router, switche, patch panel, pobočková ústredňa, snažíme sa stavať MDF do stredu siete
• IDF-racky, rozvádzače v lab 2,4,15,Cisco1,Cisco2, riaditeľstvo, v ktorých sú switche a patch panely, napájanie
• Backbone Cabling –optika je vedená od PoP do serverovne (MDF) a odtiaľ prepája všetky IDF
• Horizontal Cabling-prepája IDF so zásuvkami v laboratóriách
• Work Area-od PC k zásuvke

Príklad rozmiestnenie MDF a IDF vo viacpodlažnej budove vidno na prvom obrázku. Pre viaceré oddelené budovy vidno príklad na druhom obrázku.

K aktívnym prvkom kabeláže patrí router, switch, server, AP, hub…k pasívnym káble, konektory, zásuvky, patch panel, dátový rozvádzač (rack), lišty…

K výhodám použitia štruktúrovanej kabeláže patrí modulárnosť, ľahšie pripojenie nového užívateľa, bezpečnosť. Pri návrhu počítame min. s dvoma zásuvkami na 1 PC (v Ciscu až 3, aj konzola). Na plochu 1000 m² má byť zriadené jedno IDF. V praxi platí, že rýchlosť Backbone kabeláže má byť 10x rýchlejšia ako horizontálnej kabeláže. Dnes je pre PC min. 100 Mbit/s. Pre Backbone sa čoraz častejšie využíva optika, pre PC metalika alebo WiFi. Pri potrebe zvýšenia rýchlosti stačí len vymeniť slabší 100 Mbit/s switch za 1Gbit/s, a užívateľské sieťové karty na Gbit/s.

Návrh siete:

1. Analýza východiskového stavu – požiadavky užívateľov, rozdelenie do skupín, počty, HW, SW, myslieť na budúcnosť rastu siete (počty x 2 pri všetkom)
2. Voľba kabeláže-TP, optika, WiFi
3. Fyzická štruktúra siete – stavba, vhodné rozmiestnenie MDF, IDF, Star topológia, 100m segment
4. Logická štruktúra siete – podsiete, IP adresovanie, DHCP, práva, vytvorenie užívateľov, kontá, správa domény, heslá, mapovanie diskov, zdieľanie zariadení, bezpečnosť (všetko zakázať), zálohovanie, servery- mail, web, ftp, konfigurácia sieťových zariadení, VLAN, WLAN …požiadavky užívateľov, inštalácia SW
5. Dokumentácia a premeranie siete- revízna správa, merací protokol, popis siete s očíslovanými zásuvkami, portami v patch paneli.