Noniki poczenia i kolizje Warstwa fizyczna Pierwsza warstwa

Nośniki, połączenia i kolizje

Warstwa fizyczna Pierwsza warstwa modelu OSI nazywana jest warstwą fizyczną. Jest ona odpowiedzialna za przesyłanie strumieni bitów. Odbiera ramki danych z warstwy 2. , czyli warstwy łącza danych, i przesyła szeregowo, bit po bicie, całą ich strukturę oraz zawartość. Jest ona również odpowiedzialna za odbiór kolejnych bitów przychodzących strumieniem danych. Strumienie te są następnie przesyłane do warstwy łącza danych w celu ich ponownego ukształtowania.

Nośniki w sieciach LAN Ze wszystkich organizacji zatwierdzających listę standardów największy wpływ na standardy mediów sieciowych miały organizacje IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), oraz TIA/EIA (Telecommunications Industry Association/Electronic Industries Alliance)

Kabel koncentryczny Technologia oparta na kablu koncentrycznym przechodzi do historii. Obarczona jest ona wieloma wadami, które powodują rezygnowanie z jej stosowania. Wyróżnia się dwa rodzaje kabla koncentrycznego: n Ethernet cienki – 10 Base-2 (Thin Ethernet) oznaczenie kabla RG-58, o impedancji falowej 50 omów i grubości 1/4 ’’. n Ethernet gruby – 10 Base-5 (Thick Ethernet) oznaczenie kabla RG-8 i RG 11, o impedancji falowej 50 omów i grubości 1/2 ’’. Praktycznie nieużywany, poza instalacjami w specjalnych celach. Zalety kabla koncentrycznego: ze względu na posiadaną ekranizację, jest mało wrażliwy na zakłócenia i szumy, - jest tańszy niż ekranowany kabel skręcany, - posiada twardą osłonę, dzięki czemu jest bardziej odporny na uszkodzenia fizyczne.

Kabel koncentryczny n n n Wady kabla koncentrycznego: - ograniczenie szybkości do 10 Mbit, - niewygodny sposób instalacji (duże łącza, terminatory, łączki T, duża grubość i niewielka elastyczność kabla), - słaba skalowalność (problemy z dołączeniem nowego komputera), - niska odporność na poważne awarie (przerwanie kabla unieruchamia dużą część sieci), - trudności przy lokalizowaniu usterki, Źródło transmisji: Elektryczne Współpracujące topologie: 10 Mb Ethernet Maksymalna długość segmentu: 185 m Minimalna długość kabla: 0, 5 m Maksymalna liczba stacji: 30 na jeden segment kabla Maksymalna całkowita długość sieci: 925 m

Kabel koncentryczny (koncentryk) składa się z zewnętrznej cylindrycznej osłony przewodzącej otaczającej pojedynczy, wewnętrzny przewód – te dwa przewodniki oddzielone są izolacją. W centrum kabla znajduję się pojedynczy przewód miedziany.

Zakończenia kabla koncentrycznego Terminator

Zakończenia kabla koncentrycznego Uziemienie

Zakończenia kabla koncentrycznego Trójnik - Końcówka T

Przykładowa sieć na grubym koncentryku

Przykładowa sieć na cienkim koncentryku

Zastosowanie sieci koncentrycznej Chociaż sieć 10 Base-2 jest technologią wychodzącą z użytku, nadal może się okazać przydatna w niektórych zastosowaniach. Przykładowo przy instalacji małej sieci domowej - do 5 komputerów - koszt (tanie używane karty sieciowe, brak dodatkowych urządzeń sieciowych – koncentratora) takiej instalacji jest o wiele niższy od instalacji z wykorzystaniem skrętki. Ponadto przy niewielkiej liczbie komputerów problemy z diagnozowaniem uszkodzeń fizycznych sieci nie są zbyt duże. Ciekawym zastosowaniem tej technologii, stają się ostatnio sieci osiedlowe. W przypadku odległości pomiędzy blokami powyżej 100 m, często wykorzystuje się przewód koncentryczny. Dodatkowo, kabel ten jest mocniejszy mechanicznie i bardziej odporny na warunki zewnętrzne, co ułatwia jego instalację na zewnątrz budynków. Ponadto w środowiskach o dużych szumach elektromagnetycznych, również objawiają się zalety kabla koncentrycznego.

Kabel skrętka 10 Base. T W użyciu są trzy rodzaje skrętki: - skrętka ekranowana (STP – Shielded Twisted-pair)

Kabel skrętka 10 Base. T - skrętka foliowana (FTP – Foil Twisted-pair) zwany tez Sc. TP

Kabel skrętka 10 Base. T - skrętka nieekranowana (UTP – Unshielded Twisted-pair)

Końcówki skrętki (RJ-45) Krosowany Prosty Wykorzystywan e są przewody zielony, pomarańczowy, biało – zielony, biało – pomarańczowy.

Rodzaje połączeń skrętki Wyróżniamy 2 rodzaje połączeń końcówek kabla UTP: n zgodny - końcówka 1 do 1, końcówka 2 do 2, itd. – np. : połączenie Ethernet pomiędzy koncentratorem i kartą sieciową komputera, n krzyżowy - (cross-over) odwraca tylko niektóre połączenia, często spotykane przy połączeniach pomiędzy koncentratorami lub przy łączeniu dwóch komputerów bez pośrednictwa koncentratora.

Kabel skrętka Zalety skrętki: - jest najtańszym medium transmisji (jeśli chodzi o cenę metra, bez uwzględniania dodatkowych urządzeń), - wysoka prędkość transmisji (do 1000 Gb/s), - łatwe diagnozowanie uszkodzeń, - łatwa instalacja, - odporność na poważne awarie (przerwanie kabla unieruchamia najczęściej tylko jeden komputer), - jest akceptowana przez wiele rodzajów sieci, Wady skrętki: - niższa długość odcinka kabla niż w innych mediach stosowanych w Ethernecie, - mała odporność na zakłócenia (skrętki nie ekranowanej), - niska odporność na uszkodzenia mechaniczne – konieczne jest instalowanie specjalnych listew naściennych itp.

Kabel skrętka n n n Źródło transmisji: Elektryczne Współpracujące topologie: 10 Mb, 100 Mb i 1 Gb Ethernet, FDDI, ATM Maksymalna długość kabla: 100 m n n Dla szybkości 100 Mb/s istnieją dwa różne media: 100 Base-TX - skrętka kategorii 5, wykorzystane 2 pary (tak jak w 10 Base-T). 100 Base-T 4 - skrętka kategorii 5, wykorzystane 4 pary. Dla szybkości 1000 Mb/s została przewidziana również skrętka kategorii 5 wykorzystująca wszystkie 4 pary. W przypadku wykorzystania skrętki w środowiskach o dużych szumach elektromagnetycznych, stosuje się ekranowany kabel skręcany (STP). Zbudowany jest on z czterech skręcanych ze sobą par przewodów miedzianych, otoczonych ekranującą siatką lub folią i umieszczonych w izolacyjnej osłonie.

Światłowód Obecnie najnowocześniejszym medium transmisyjnym jest światłowód (Fiber Optic Cable). Cienkie włókna szklane zamykane są w plastykowe osłony, co umożliwia ich zginanie powodując łamania. Nadajnik na jednym końcu światłowodu jest wyposażony 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. Stosowane typy światłowodów: Jednomodalny – nazywany jest także osiowym, ponieważ światło wędruje po osi kabla. Do 10 Gb/s. Głównie do sieci WAN. Wielomodalny – fale światła wchodzą do szklanego kanału pod różnymi kątami i nie wędrują osiowo, co oznacza, że stale odbijają się od ścian szklanej rurki. Głównie sieci LAN.

Światłowód Budowa światłowodu 1. Włókno optyczne, złożone z dwóch rodzajów szkła o różnych współczynnikach załamania (Refraction Index): - cześć środkowa – rdzeń (Core), najczęściej o średnicy 62, 5 um (rzadziej 50 um) - część zewnętrzną – płaszcz zewnętrzny (Cladding), o średnicy 125 um; 2. Warstwa akrylowa 3. Tuba – izolacja o średnicy 900 um. 4. Oplot kewlarowy. 5. Izolacja zewnętrzna.

Standardy transmisji światłowodowych Najważniejszymi dla technologii światłowodowej, z naszego punktu widzenia, są: n 10 Base-FL – transmisja 10 Mb/s. n 100 Base-FX – transmisja 100 Mb/s. n 1000 Base-LX – transmisja 1000 Mb/s, laser długofalowy – ok. 1300 nm n 1000 Base-SX – transmisja 1000 Mb/s, laser krótkofalowy – ok. 850 nm n Transmisja za pomocą światłowodu wymaga najczęściej, przynajmniej dwóch kabli. Jeden do transmisji a drugi do odbierania danych. Do standardowej karty sieciowej podłącza się je poprzez konwerter nośników, do którego z jednej strony dochodzą oba połączenia światłowodu, a do drugiej gniazdo RJ-45 (dawniej częściej spotykane AUI – wtedy to urządzenie nazywa się transceiver). Najczęściej w tej technologii używa się kabla wielomodowego MMF (multi-mode fiber). Możliwa jest transmisja typu full-duplex, w trybie tym możliwe są połączenia dłuższe niż 2000 m, ponieważ nie grają w tym momencie roli ograniczenia standardu CSMA/CD związane ze szczeliną czasową. Przy zastosowanych dobrej jakości światłowodach i transceiverach możliwe jest nawet osiągnięcie 5 km. Standard 10 Base-FL jest idealny do połączeń pomiędzy oddalonymi od siebie budynkami danej firmy. Połączenia takie są zupełnie odporne na zakłócenia elektromagnetyczne.

Łączniki światłowodowe.

Specyfikacja Ethernet 10 Base 2 10 Base 5 10 Base. T 100 Base. TX 100 Base. FX Media Gruby kabel koncentrycz ny RG-58 A/U Cienki kabel TIA/EIA UTP koncentrycz kat 3, 4, 5, i kat 5 i 5 e, 2 ny RG-8 lub 5 e, 2 pary RG-11 62. 2/125 – mikronowe włókno wielofunkcyj ne Typ złącza Złącze BNC AUI/DIX Modularne złącze RJ - 45 Złącze interfejsu w systemie duplex (MIC) ST Maksymalna 185 m długość segmentu 500 m 100 m 412 m Topologia Magistrala Gwiazda Punkt – Punkt Szybkość trnasmisji 10 Mb/s 100 Mb/s

Testery kabli Za pomocą testerów kabli można przeprowadzić testy ogólnych możliwości kabla. Obejmują one długość kabla, lokalizowanie niewłaściwych połączeń, tworzenie map przewodów w celu wykrycia skrzyżowanych par, pomiar osłabienia sygnału, wykrywanie przesłuchu, wykrywanie rozdzielonych par, testy poziomu szumów oraz wykrywanie kabli umieszczonych w ścianach.

Łączność bezprzewodowa. Nie wymagają medium w postaci kabla Wykorzystuje się: n Fale radiowe n Mikrofale n Fale światła podczerwonego n Światło laserowe

Radio Fale elektromagnetyczne mogą być wykorzystywane nie tylko do nadawania programów telewizyjnych i radiowych, ale i do transmisji danych komputerowych. Nieformalnie o sieci, która korzysta z elektromagnetycznych fal radiowych, mówi się, że działa na falach radiowych, a transmisję określa się jako transmisję radiową. Sieci takie nie wymagają bezpośredniego fizycznego połączenia między komputerami. W zamian za to każdy uczestniczący w łączności komputer jest podłączony do anteny, która zarówno nadaje, jak i odbiera fale. Anteny używane w sieciach mogą być duże lub małe w zależności od żądanego zasięgu. Antena zaprojektowana na przykład do nadawania sygnałów na kilka kilometrów przez miasto może składać się z metalowego słupka o długości 2 m zainstalowanego na dachu. Antena umożliwiająca komunikację wewnątrz budynku może być tak mała, że zmieści się wewnątrz przenośnego komputera (tzn. mniejsza niż 20 cm).

Anteny do sieci bezprzewodowej

Bezprzewodowe karty sieciowe

Routery bezprzewodowe

Mikrofale Do przekazywania informacji może być również używane promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwościach spoza zakresu wykorzystywanego w radio i telewizji. W szczególności w telefonii komórkowej używa się mikrofal do przenoszenia rozmów telefonicznych. Kilka dużych koncernów zainstalowało systemy komunikacji mikrofalowej jako części swoich sieci. Mikrofale, chociaż są to tylko fale o wyższej częstotliwości niż fale radiowe, zachowują się inaczej. Zamiast nadawania w wszystkich kierunkach mamy w tym przypadku możliwość ukierunkowania transmisji, co zabezpiecza przed odebraniem sygnału przez innych. Dodatkowo za pomocą transmisji mikrofalowej można przenosić więcej informacji niż za pomocą transmisji radiowej o mniejszej częstotliwości. Jednak, ponieważ mikrofale nie przechodzą przez struktury metalowe, transmisja taka działa najlepiej, gdy mamy "czystą" drogę między nadajnikiem a odbiornikiem. W związku z tym większość instalacji mikrofalowych składa się z dwóch wież wyższych od otaczających budynków i roślinności, na każdej z nich jest zainstalowany nadajnik skierowany bezpośrednio w kierunku odbiornika na drugiej.

Anteny mikrofalowe

Anteny mikrofalowe Sieci mikrofalowe są powszechnie wykorzystywane np. do • komunikacji i przesyłania danych między szpitalami • połączeń w publicznej telefonii naziemnej • komunikacji głosowej i wizyjnej oraz wymiany danych między oddziałami banków • komunikacji głosowej, wizyjnej oraz w transmisji danych przez przedsiębiorstwa zajmujące się wydobyciem ropy

Podczerwień Bezprzewodowe zdalne sterowniki używane w urządzeniach takich jak telewizory czy wieże stereo komunikują się za pomocą transmisji w podczerwieni. Taka transmisja jest ograniczona do małej przestrzeni i zwykle wymaga, aby nadajnik był nakierowany na odbiornik. Sprzęt wykorzystujący podczerwień jest w porównaniu z innymi urządzeniami niedrogi i nie wymaga anteny. Transmisja w podczerwieni może być użyta w sieciach komputerowych do przenoszenia danych. Możliwe jest na przykład wyposażenia dużego pokoju w pojedyncze połączenie na podczerwień, które zapewnia dostęp sieciowy do wszystkich komputerów w pomieszczeniu. Komputery będą połączone siecią podczas przemieszczania ich w ramach tego pomieszczenia. Sieci oparte na podczerwień są szczególnie wygodne w przypadku małych, przenośnych komputerów.

Światło laserowe Światło może zostać użyte do komunikacji poprzez światłowody. Promień światła może być również użyty do przenoszenia danych powietrzem. W połączeniu wykorzystującym światło są dwa punkty - w każdym znajduje się nadajnik i odbiornik. Sprzęt ten jest zamontowany w stałej pozycji, zwykle na wieży, i ustawiony tak, że nadajnik w jednym miejscu wysyła promień światła dokładnie do odbiornika w drugim. Nadajnik wykorzystuje laser do generowania promienia świetlnego gdyż jego światło pozostaje skupione na długich dystansach. Światło lasera podobnie jak mikrofale porusza się po linii prostej i nie może być przesłaniane. Niestety promień lasera nie przenika przez roślinność. Tłumią go również śnieg i mgła. To powoduje, że transmisje laserowe mają ograniczone zastosowanie.

Kolizje i domeny kolizji. Kolizja ma miejsce wtedy kiedy dwa bity z komunikujących się ze sobą komputerów znajdują się w wspólnym medium w tym samym czasie. W przypadku medium miedzianego, napięcia dwóch binarnych sygnałów sumują się i powodują trzeci poziom napięcia. Bity ulegają uszkodzeniu i przesyłana informacja ulega zniszczeniu. W pewnych technologiach, np. Ethernet, kolizje są nieodłączną częścią funkcjonowania sieci. Jednak nadmierna liczba kolizji może spowolnić działanie sieci lub całkiem je wstrzymać. Protokoły takie jak Token. Ring oraz FDDI w ogóle nie znają kolizji. Obszar w sieci, którego pochodzą pakiety danych ulegające kolizji jest nazywany domeną kolizji.

Kolizje i domeny kolizji. Zasada czterech wzmacniaków. W sieci Ethernet mówi o tym, że między dowolnymi dwoma komputerami w sieci, mogą być zainstalowane co najwyżej cztery wzmacniaki, lub koncentratory wzmacniające sygnał. Jeśli limit ten zostanie przekroczony liczba kolizji wzrasta drastycznie. Duża ilość kolizji powoduje opóźnienia konsumpcyjne, które zmniejszają wydajność sieci.

Kolizje i domeny kolizji. Dzielenie domen kolizji na segmenty. Rozmiar domen kolizji można zredukować poprzez zastosowanie inteligentnych urządzeń sieciowych, które dzielą domeny kolizji. Przykładami tego typu urządzeń są mosty, przełączniki i routery. Rozwiązanie to sprawdza się wtedy, gdy między segmentami nie jest zbytnio nasilony. W innym przypadku, most może spowodować powstanie wąskiego gardła i spowolnić komunikację.

Bibliografia, autorzy n n n n ABC Sieci komputerowych Joe Habraken Akademia Sieci CISCO Ethernet Adam Białek, Artur Panek LAN K. Walkowiak www. wikipedia. org www. dekanex. pl http: //sieci. krysiak. info/3 ethernet. htm