PASYWNE

Nośnikami transmisji w sieciach są: kable miedziane, światłowody, fale radiowe, mikrofale, podczerwień, światło laserowe. W konwencjonalnych sieciach kable są podstawowym medium łączącym komputery ze względu na ich niską cenę i łatwość instalowania. Przede wszystkim stosuje się kable miedziane ze względu na niską oporność, co sprawia, że sygnał może dotrzeć dalej. Typ okablowania w sieciach komputerowych jest tak dobierany, aby zminimalizować interferencję sygnałów. Możemy wyróżnić kilka rodzajów kabli: 

I. Kabel koncentryczny

Kabel koncentryczny (BNC), 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 biegnącego w materiale izolacyjnym. Izolator 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. Za pomocą koncentryka łączy się komputery szeregowo i nie potrzeba żadnych dodatkowych urządzeń.
Najczęściej używamy dwóch rodzajów kabli koncentrycznych zwanych popularnie cienkim koncentrykiem lub grubym koncentrykiem. 

a) cienki koncentryk

Cienki koncentryk (cienki ethernet) składa się z pojedynczego, centralnego przewodu miedzianego, otoczonego warstwą izolacyjną. Jest to kabel ekranowany, a więc odporny na zakłócenia. W celu osłony przesyłanych informacji przed wpływem pól elektromagnetycznych, jako ekran stosuje się cienką siatkę miedzianą. Maksymalna długość jednego segmentu sieci realizowanej na cienkim koncentryku wynosi 185 metrów. Nie jest to odległość między poszczególnymi komputerami, lecz pomiędzy jednym a drugim końcem sieci. Przepustowość 10Mb/s.

b) gruby koncentryk

Gruby koncentryk (gruby ethernet) lub żółty kabel ze względu na to, że najczęściej ma żółty lub pomarańczowy kolor. Gruby ethernet składa się z pojedynczego, centralnego przewodu otoczonego warstwą izolacyjną, a następnie ekranującą siateczką oraz zewnętrzną izolacją. Maksymalna długość jednego segmentu sieci realizowanej na grubym koncentryku wynosi 500 metrów. Przepustowość 10Mb/s.

Przygotowanie kabli BNC

Okablowanie za pomocą kabli koncentrycznych Należy przygotować kable koncentryczne o odpowiedniej długości, nie zapominając o pewnej rezerwie, najlepiej wymierzyć to prowadząc kabel tam gdzie on będzie zamontowany i uciąć go już po jego pociągnięciu (gdy mamy dłuższą rolkę pozwala zaoszczędzić dużo kabla). Zakupione końcówki BNC powinny składać się z trzech elementów: obrączki na końcówkę kabla, igły oraz właściwej końcówki. Na końcach sieci na kabel zakładamy terminator (po jeden na każdym końcu sieci). Terminator (opornik o rezystancji dostosowanej do impedancji kabla) zapobiega odbiciu sygnału przesyłanego ze stacji po dotarciu do końcówki, bez niego obserwowane byłoby powtórzenie transmisji. Absorbuje wszystkie sygnały docierające na koniec kabla, uniemożliwia zakłócenia i zamyka obwód.  

Zalety sieci opartej na kablu koncentrycznym

Jest relatywnie tania w instalacji i utrzymaniu, bardzo prosta w montażu, brak potrzeby używania (w podstawowych zastosowaniach) elementów aktywnych prócz karty sieciowej, doskonale nadaje się do instalacji zewnętrznych ze względu na odporność na zakłócenia, szumy, uszkodzenia mechaniczne oraz na warunki atmosferyczne.  

Wady sieci opartej na kablu koncentrycznym

Ograniczona przepustowość do 10Mb/s, średnia elastyczność kabla, daje małe możliwości rozbudowy (brak modularnej budowy) kabli (jak ma to miejsce np. w sieciach 10Base-5)

 Standardy BNC:

• 10Base-2 - tak zwany cienki ethernet. Do łączenia stacji roboczych stosuje się tu kabel koncentryczny o impedancji falowej 50 Ohm. Maksymalna (bezpieczna) długość segmentu wynosi 185m. Maksymalna przepustowość takiej sieci wynosi 10Mb/s (Maga-bitów/sekundę).
• 10Base-5 - rzadko dziś stosowany gruby ethernet. Parametry elektryczne kabla są bardzo zbliżone do standardu opisanego wyżej, oporność także wynosi 50 Ohm. Ze względu na dość duży maksymalny zasięg (do 500m) oraz wyjątkowo dużą odporność na zakłócenia stosowany czasem jako rdzeń sieci. Szczytowa przepustowości podobnie 10Mb/s.

II. Skrętka to obecnie najpopularniejsze medium transmisyjne. Używany jest także w telefonii. Wyróżnia się dużą niezawodnością i niewielkimi kosztami realizacji sieci. Składa się z od 2 do nawet kilku tysięcy par skręconych przewodów, umieszczonych we wspólnej osłonie. Aby zmniejszyć oddziaływanie par przewodów na siebie, są one wspólnie skręcone. W ten sposób zmniejsza się powierzchnia pętli utworzonej przez obwód i zarazem oddziaływanie indukcji elektromagnetycznej na obwód. Istnieją 2 rodzaje tego typu kabla:  

A    ekranowany (STP, FTP)

A    nieekranowany (UTP)  

Różnią się one tym, iż ekranowany posiada folie ekranującą, a pokrycie ochronne jest lepszej jakości, więc w efekcie zapewnia mniejsze straty transmisji i większą odporność na zakłócenia. Mimo to powszechnie stosuje się skrętkę UTP.

Skrętka - przyłączenie

Do karty sieciowej skrętkę przyłączą się za pomocą złącza RJ-45. Skrętkę stosuje się przede wszystkim w sieciach o topologii gwiazdy więc uszkodzenie jednego połączenia z zasady nie wpływa na pracę całej sieci. Instalacja okablowania skrętkowego jest bardzo prosta dzięki zastosowaniu połączeń zaciskowych. Mimo, iż skrętka jest najtańszym kablem wymaga dodatkowych urządzeń hubów lub switchy, do których przyłączone są wszystkie stacje robocze.

Kategorie skrętki

Przepustowość skrętki zależna jest od tzw. kategorii.

1.      kategorii 1 to kabel telefoniczny

2.      kategorii 2 przeznaczona jest do transmisji danych z szybkością 4 Mb/s

3.      kategorii 3 do transmisji o przepustowości do 10 Mb/s

4.      kategorii 4 do 16 Mb/s

5.      kategorii 5 do ponad 100 Mb/s - ten typ ma zastosowanie w szybkich sieciach np. Fast Ethernet

6.      kategorii 6 - 622 Mb/s przeznaczony jest dla sieci ATM. 

Zalety sieci opartej na skrętce

Jest prosta w montażu,  charakteryzuje się duża przepustowością - do 1000Mb/s, łatwa diagnoza usterki, daje duże możliwości rozbudowy (modularna budowa), awaria kabla w jednym miejscu nie unieruchamia całej sieci.

Wady sieci opartej na skrętce 

Jest nieco droższa niż sieć BNC, konieczność zakupu huba lub switcha, mała odporność na zakłócenia środowiska (w wersji nie ekranowanej, nie dotyczy FTP i STP), niska odporność na uszkodzenia mechaniczne, maksymalna odległość od koncentratora wynosi jedyne 100m.

Standardy UTP:

10Base-T - Najpopularniejszy obecnie standard. Opiera się on na topologii gwiazdy, do łączenia komputerów używa się nie ekranowanego kabla skręcanego (podobny do kabla telefonicznego) Maksymalna długość kabla w jakichkolwiek połączeniach wynosi 100m. Jako załącznika używa się ośmiopozycyjne wtyczki RJ-45. Maksymalna osiągalna przepustowość sieci mieści się w granicach 10Mb/s.

100Base-TX  - Jest to szybsza modyfikacja wyżej wymienionego standardu, maksymalną przepustowością sieci, w tym przypadku jest to "zawrotne" 100Mb/s. Aby sieć mogła pracować z taką szybkością należy zastosować lepsze kable CAT-5 oraz HUBY i karty sieciowe umożliwiające pracę z opisywanym standardem.
 

III.Światłowód 

W światłowodach do transmisji informacji wykorzystywana jest wiązka światła, która jest odpowiednikiem prądu w innych kablach. Wiązka ta jest modulowana zgodnie z treścią przekazywanych informacji. To rozwiązanie otworzyło nowe możliwości w dziedzinie tworzenia szybkich i niezawodnych sieci komputerowych. Właściwie dobrany kabel może przebiegać w każdym środowisku. Szybkość transmisji może wynosić nawet 3Tb/s.

Sieci oparte na światłowodach zwane są FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

 Światłowód - działanie

Światłowód jest wykonany ze szkła kwarcowego, składa się z rdzenia (złożonego z jednego lub wielu włókien), okrywającego go płaszcza oraz warstwy ochronnej. Dielektryczny kanał informatyczny eliminuje konieczność ekranowania. Transmisja światłowodowa polega na przepuszczeniu przez szklane włókno wiązki światła generowanej przez diodę lub laser. Wiązka ta to zakodowana informacja binarna, rozkodowywana następnie przez fotodekoder na końcu kabla. Światłowód w przeciwieństwie do kabli miedzianych, nie wytwarza pola elektromagnetycznego, co uniemożliwia podsłuch transmisji. Główną wadą tego medium jest łatwa możliwość przerwania kabla, a jego ponowne złączenie jest bardzo kosztowne. 

AKTYWNE

Urządzenia sieciowe działające w warstwie dostępu do sieci. 

Karta sieciowa

Czasami określana jest mianem NIC (network interface card). Jest to urządzenie łączące komputer z siecią komputerową zawierające dwa interfejsy – jeden do połączenia z siecią:

• Skrętka – (skrótowo oznaczany UTP)
• Kabel koncentryczny – (skrótowo oznaczany BNC)

i drugi interfejs, do połączenia z komputerem:

• ISA
• PCI
• PCIMCIA
• USB

Obecnie produkowane karty sieciowe mają wbudowany własny procesor, co umożliwia przetwarzanie niektórych danych bez angażowania głównego procesora oraz własną pamięć RAM, która pełni rolę bufora w przypadku, gdy karta nie jest w stanie przetworzyć napływających z dużą szybkością danych. Niektóre współcześnie produkowane karty posiadają także możliwość podłączenia programowalnej pamięci Remote Boot PROM, pozwalającej na załadowanie systemu operacyjnego z sieciowego serwera. Karta oznaczona jako Combo posiada oba interfejsy wyjściowe UTP i BNC ( nigdy nie mogą one działać równocześnie). Rozróżnia się również karty 10 i 100Mb. 

Modem

Jest to urządzenie służące do połączenia komputerów najczęściej poprzez sieć telefoniczną. Modemy dzielimy na zewnętrzne (podłączane do portu szeregowego RS-232) i wewnętrzne (podłączane do złącz komputera: ISA, PCI, PCMCIA). 

Transceiver

Urządzenie nadawczo odbiorcze – urządzenie to łączy port sieciowy AUI z wykorzystywanym przez nas typem okablowania. Transceiver znajduje się np. w karcie sieciowej.

Realizuje następujące funkcje:

• Przesyła i odbiera dane
• Wykrywa jednoczesne pojawianie się pakietów danych sygnalizując to jako kolizję
• Nie dopuszcza do przesyłania zbyt długich pakietów danych > 20ms
• Wykrywa przerwę w linii światłowodowej
• Wykonuje test SQE (Signal Quality Error)

Konwerter nośników  

Urządzenie umożliwiające łączenie różnych mediów transmisyjnych ze sobą, przykładowo światłowód i skrętka.

Wzmacniak (repeater)

Wzmacniak jest to urządzenie aktywne do wzmacniania sygnału w sieci. Nie wprowadza żadnych zmian w przesyłane sygnały, poza wzmocnieniu sygnału dochodzącego do jego wejścia – wraz z szumami tła. Działa na poziomie warstwy fizycznej, a co za tym idzie jego możliwości są niewielkie: nie izoluje segmentów, uszkodzeń ani pakietów, łączy ze sobą sieci o takiej samej architekturze, używając tych samych protokołów i technik transmisji. Może łączyć segmenty sieci o różnych mediach transmisyjnych.

Koncentrator (Hub) 

Jest urządzeniem posiadającym wiele portów do przyłączania stacji roboczych przede wszystkim w topologii gwiazdy. Można je traktować jak wieloportowe wzmacniaki, z tym, że nowoczesne koncentratory posiadają obwody regenerujące przesyłane ramki ethernetowe.

Zaletą takiego rozwiązania jest, to że przerwanie komunikacji pomiędzy hubem a jedną ze stacji roboczych nie powoduje zatrzymania ruchu w całej sieci (każda stacja ma oddzielne połączenie z koncentratorem), należy jednak pamiętać, że awaria koncentratora unieruchomi komunikację ze wszystkimi podłączonymi do niego urządzeniami. Huby wymagają zasilania i wzmacniają sygnały ze stacji roboczych, co pozwala na wydłużenie połączenia.

Przykładowo hub ponad zwykłe wzmacnianie sygnału na każdym łączu dodatkowo:

• Propaguje kolizje do wszystkich segmentów
• Regeneruje kształt sygnału przed retransmitowaniem go dalej
• Sprawdza ramki w poszukiwaniu wadliwych, które po wystąpieniu w zbyt dużej ilości są blokowane i nie rozprzestrzeniają się po sieci
• Zabezpiecza sieć przed zbyt długimi transmisjami generowanymi przez uszkodzone stacje
• Zapobiega rozprzestrzenianiu się transmisji pochodzących od uszkodzonych segmentów
• Synchronizuje sygnał
• Wydłuża fragmenty

Do łączenia koncentratora z komputerem najczęściej wykorzystuje się przewody 10Base-T, jednak koncentratory potrafią dokonywać konwersji sygnału pochodzącego z różnych mediów transmisyjnych. Koncentrator posiada najczęściej port uplink umożliwiający podłączenie do niego drugiego koncentratora. Istnieją również huby umożliwiające podłączenie urządzeń o różnych szybkościach transmisji 10Mb/s 100Mb/s. 

Most (bridge) 

Most jest urządzeniem najczęściej o dwóch portach mającym za zadanie łączenie ze sobą segmentów sieci. Ponieważ dzieli sieć lokalną na segmenty, umożliwia to zwiększenie rozpiętości tejże sieci. Działa w warstwie fizycznej i warstwie łącza danych modelu ISO/OSI. Most operuje tylko na adresach sprzętowych, decydując, do którego segmentu sieci należy przesłać nadchodzący pakiet. Nie jest jednak w stanie zatrzymywać pakietów uszkodzonych ani zapobiegać zatorom w przypadku transmisji broadcast z kilku stacji równocześnie. Mosty są urządzeniami prostymi w instalacji i nie wymagają konfigurowania. Ponieważ most musi reagować na adresy MAC pakietów, to wprowadza opóźnienia w transmisji.

Przełącznik (switch)

Podobnie jak huby, przełączniki stosowane są przede wszystkim w topologii gwiazdy, w sieciach opartych na skrętce. Zwykle posiadają kilkanaście portów, które mogą być wykorzystane do podłączenia stacji roboczych, innych przełączników lub koncentratorów. Przełącznik podłączony do sieci nasłuchuje na swoich portach adresów MAC podłączonych tam komputerów. Tworzy sobie tablice przyporządkowującą do danego adresu numer portu, do którego podłączony jest dany komputer. Teraz w przypadku pojawienia się transmisji do danego komputera, cały ruch kierowany jest do odpowiedniego portu i nie przedostaje się na pozostałe porty przełącznika. Dzięki temu przełączniki dzielą sieć na domeny kolizji, jednak nie rozdzielają domeny rozgłoszeniowej (broadcast). Jeśli odbierze ramkę do stacji, której nie ma jeszcze w swojej tablicy adresów MAC, rozsyła ją na wszystkie porty z wyjątkiem tego, na którym ją odebrał, proces ten nazywamy floodowaniem.

Podobnie jak w przypadku mostów przełączniki wprowadzają opóźnienia w transmisji.

Inteligentne switche posiadają tryby przełączania fast forward oraz store and forward. W pierwszym trybie odbierane ramki są wysyłane natychmiast po odczytaniu adresu docelowego na odpowiedni port, niezależnie od tego, czy w trakcje transmisji ramki pojawi się błąd lub kolizja, natomiast drugi tryb wczytuje ramkę do bufora i sprawdza eliminując błędne oraz te, które biorą udział w kolizji, a następnie dopiero transmituje na port docelowy. Drugi tryb powoduje jednak duże opóźnienia w transmisji. Switche jednak potrafią dokonywać inteligentnego przełączania polegającego na tym, że standardowym trybem pracy jest fast forward, natomiast, gdy liczba błędów zaczyna przekraczać kilkanaście na sekundę automatycznie przełączają się w tryb store and forward. Gdy liczba błędów spada poniżej tego poziomu przełącznik automatycznie powraca do poprzedniego trybu pracy. W przypadku łączenia mediów o różnych szybkościach transmisji, przełącznik zawsze pracuje w trybie store and forward, ponieważ musi zapamiętać całą ramkę, aby móc ją nadać z większą szybkością.

Ponadto przełączniki umożliwiają transmisje full-duplex pomiędzy dowolnymi swoimi portami ( nie ma takiej możliwości pomiędzy koncentratorami).

Router 

Router - to najbardziej zaawansowane urządzenie stosowane do łączenia segmentów sieci i zwiększania jej fizycznych rozmiarów. Router jest urządzeniem konfigurowalnym, pozwala sterować przepustowością sieci i zapewnia pełną izolację pomiędzy segmentami. Funkcje routera są podobne do mostu. Różnica polega na tym, iż routery są używane do przekazywania danych pomiędzy sieciami opartymi na różnych topologiach oraz na większym zaawansowaniu technicznym. Routery są integralną częścią Internetu, gdyż składa się on z wielu sieci opartych na różnych technologiach sieciowych. W sieciach rozległych dane przesyłane są z jednego węzła do konkretnego drugiego, a nie do wszystkich. Po drodze napotykają na wiele węzłów pośredniczących, mogą też być transmitowane wieloma różnymi trasami. Router jest jednym z tych węzłów, który ma za zadanie przesłać dane najlepszą trasą. Do głównych zalet można zaliczyć: wybór optymalnej trasy między nadawcą a odbiorcą, ochrona (zapory, kodowanie), transakcja protokołów, filtrowanie pakietów, usuwanie pakietów bez adresów.

Pracuje w warstwie sieciowej modelu OSI co oznacza, że potrafi odczytywać adresy z poszczególnych pakietów tak, aby znać ich miejsca przeznaczenia. Procedura dostarczania pakietów bliżej ich miejsca przeznaczenia nosi nazwę przekierowywania (routowania) pakietów. Do kierowania danych używana jest tzw. tablica routingu, która zawiera informacje o sąsiadujących routerach, sieciach lokalnych oraz ich stanie. Na podstawie tych danych wyszukiwana jest optymalna droga dla danego pakietu.

Routery mogą być także wykorzystywane jako „zapora sieciowa”, zabezpieczając sieć przed nieautoryzowanym dostępem. Przy odpowiedniej konfiguracji wszyscy użytkownicy sieci lokalnej korzystają z Internetu, natomiast pozostali użytkownicy mają ograniczony dostęp do sieci lokalnej.

Ponadto router można wykorzystać jako urządzenie tłumaczące adresy sieciowe (Network Addres Translation – NAT). Działanie NAT polega na umożliwieniu przedostawania się pakietów z sieci lokalnej o adresach z zakresu nieroutowalnego (lub innych) do Internetu. Każdy z pakietów z sieci lokalnej ma zamieniany adres źródłowy na adres routera wykonującego funkcję NAT. W ten sposób komputery w sieci lokalnej są niewidoczne z Internetu. Można powiedzieć, że cała sieć jest reprezentowana przez router.