4. Přenosová média, komunikace v sítích, přístupové metody.

Přenosová média, komunikace v sítích, přístupové metody.

Základní vlastnosti přenosových médií

přenosová rychlost – je rychlost přenášení dat za jednotku času (bit/s).
slábnutí (útlum) signálu – stav, kdy po uražení určité vzdálenosti v kabelu signál slábne a
deformuje se.
odolnost proti rušení signálu – při přenosu může být kabel v blízkosti např. nějakého elektrospotřebiče, který nepříznivě působí na přenášený signál
Typy médií:

optické
radiové
metalické
Kroucená dvoulinka (twisted pair – TP)

Je tvořena dvěma isolovanými měděnými vodiči navzájem spirálovitě zkroucenými. Tento pár vodičů představuje jeden komunikační spoj. Určitý počet párů vodičů je svázán do kabelu chráněného pevným vnějším obalem.

Typy:

VTP – nestíněná
STP – stíněná – tvořená 4 kroucenými páry vodičů
Oproti koaxiálnímu kabelu má kroucená dvoulinka větší mechanickou odolnost a dovoluje přenášet data vetší rychlostí. Ta je závislá na počtu použitých dvojic vodičů. V počítačových sítích se nejčastěji používají čtyři páry v jednom kabelu.

Další možností, jak zkvalitnit přenos, je přidání dalšího stínění (ochrany signálu). Podle toho, zda je použito stínění, rozlišujeme:

• nestíněnou kroucenou dvoulinku (UTP) – nemá žádné stínění,
• stíněnou kroucenou dvoulinku (STP) – má samostatné stínění každého páru v kabelu.

Koaxiální kabel

základní pásmo: 0-150MHz, elektrické vlastnosti omezují maximální vzdálenost [stovky metrů], speciální kabelyKoaxiální kabel je tvořen dvěma vodiči. Dutý vnější stínící vodič obaluje vnitřní vodič. Vnitřní vodič je buď pevný drát nebo lanko. Rovněž vnější vodič může být pevný nebo tvořený síťkou. Mezi oběma vodiči je umístěn isolační kroužek. Celý kabel je ještě obalen pláštěm nebo stíněním.

Koaxiální kabely byly dříve velmi využívány v sítích Ethernet, avšak později se ukázalo, že výhodnější je použít kroucenou dvoulinku. Ale v poslední době se koaxiální kabely opět vrací. Jsou používány v tzv. hybridních sítí, kde se kombinuje optický a koaxiální kabel (např. rozvody kabelových televizí).

Koaxiální kabel se rozděluje na tenký a tlustý:

tenký koaxiální kabel – má tloušťku okolo 0,6cm a signál bez zeslabení přenáší na vzdálenost okolo 190 metrů
tlustý koaxiální kabel – má tloušťku 1,3cm a dokáže přenést signál bez zeslabení na 500 metrů
Optický kabel

Optický vodič je 2 až 125 um tenké pružné médium schopné vést optický paprsek. Optický kabel je cylindrický a je složen ze tří soustředných částí. Vnitřní část je jádro, které je obaleno světelně isolační vrstvou a vnějším obalem je plášť chránící funkční část kabelu před mechanickým poškozením, navlhnutím, námrazám apod.

Optickým kabelem se přenáší informace pomocí modulovaných světelných impulsů. Pro přenos impulsu potřebujeme celý přenosový systém, který se skládá z vysílače, přenosového média a přijímače. Vysílač, LED dioda nebo laserová dioda, převádí elektrické signály na světelné impulsy. Přijímač, fotodioda, tyto impulsy příjme a převede je ze světelných impulsů na elektrické signály.

Přenosové médium, které vede světelný paprsek je tvořeno z optického vlákna, s tenkým jádrem, vyrobeným ze skla nebo plastu, obaleným vnitřním pláštěm. Který slouží jako ochranná vrstva a musí mít menší index lomu než jádro (kvůli odrazovým vlastnostem světla.).

Protože optický kabel má velkou šířku pásma (108Hz) a signály nepodléhají elektromagnetickému rušení, tak se informace v optickém kabelu mohou přenášet velkou rychlostí – okolo 10GB/s.

Optický přenos dat v sobě skrývá obrovský potenciál, který zatím využíváme jen velmi málo.

Bezdrátové spojení

Bezdrátové spojení probíhá v okamžiku, kdy dva uzly spolu komunikují, ale nejsou spolu fyzicky (kabelem) spojeny. Používá se hlavně tam, kde by pokládání kabelu bylo velmi obtížné a nákladné. Pro bezdrátový přenos se v dnešní době nejvíce využívají Bluetooth (verze 2.0 má dosah okolo 100m), WiFi (dosah řádově v km a může využívat velkou přenosovou rychlost) a občas také InfraPort (příjemci i odesílatel na sebe musí vidět, dosah se pohybuje okolo 1-2 metrů).

U bezdrátových přenosových technologií jsou využívány obecně 3 frekvenční pásma:

mikrovlnné frekvence v rozsahu přibližně od 2 do 40 GHz
radio frekvence v rozsahu přibližně od 30 MHz do 1 GHz
infračervené frekvence (IR) – v rozsahu frekvencí vyšších než mikrovlnných a nižších než z oblasti viditelných frekvencí
Přístupové metody (principy komunikace)
• popisují způsob, který řídí přístup stanic k přenosovému médiu (např. kabel)
• jde o to aby v jednom okamžiku vysílala pouze jedna stanice (jinak dojde k rušení)

Stochastické metody
• náhodný přístup k médiu (kabel), typicky Ethernet (CSMA-CD)
• uzly se pokoušejí komunikovat bez jakéhokoliv pořadí
• žádný uzel nemá garantováno, že se mu podaří přenést určitý počet dat za určitou dobu

Deterministické metody
• přístup k médiu je řízen, metody které používají Token (typicky Token Ring)

Přístupová metoda CSMA/CD (Carrier-sense Multiple Access with Collision Detection)
Metoda s vícenásobným přístupem s detekcí kolize se zakládá na tom, že síťový uzel bude předtím, než zahájí vysílání, naslouchat, není-li již síť nějakým jiným uzlem využívána (část CSMA). Je-li tomu tak, musí uzel, který chce vysílat, se svým pokusem o vysílání vyčkat. Čekat bude náhodně zvolený interval.

Metoda náhodného přístupu
• stanice zkontroluje zda nevysílá někdo jiný
• pokud ne začne vysílat (takto může však začít vysílat i několik stanic najednou)
• stanice kontroluje zda signály v síti odpovídají tomu co sama vysílá
• pokud ne tak se odmlčí a po náhodně generovaném čase se pokusí vysílat znovu
výhody :
– jednoduchost, rychlost, nízká cena komponent

nevýhody :
– čím víc stanic tim víc kolizí (může dojít až k zahlcení sítě)
– eliminuje se to použitím switchů a bridgů, které filtrují pakety
– nedeterministická povaha

přidělování času je náhodné
nelze zaručit za jak dlouho bude zpráva doručena
nehodí se k řízení provozu v reálném čase

Varianta Token Ring

• sítí koluje speciální paket „Token“
• vysílat může jen stanice která právě vlastní Token
• token je pravidelně předáván (tzn. spravedlivé přidělování vysílacího času)
• používá se v sítích s kruhovou topologií
výhody:
– prakticky nemožné zahltit síť (vysílá vždy jen stanice co má Token)
– deterministická povaha
– pravidelné přidělování vysílacího času všem stanicím
– lze zaručit max dobu do kdy je zpráva odeslána

nevýhody:
– složitost
– část činnosti sítě je věnována oběhu paketu s Tokenem

Varianta Token Bus

• způsob práce je stejný jako u Token Ring
•není nutná kruhová topologie (může se použít i hvězda nebo bus)
•každá stanice v síti má logickou adresu
• pomocí těchto adres je v síti vytvořen logický kruh

Komunikace v sítích

Charakterem komunikace mohou být sítě spojové a nespojové. U spojových sítí je před zahájením přenosu nutné navázat spojení, tzn. uzly se musí domluvit s aktivními prvky a koncovými uzly, které následně vytvoří virtuální kanál, prostřednictvím něhož jsou přenášena data. U nespojových sítí se žádné spojení nenavazuje.

Nespojové
Příkladem nespojových technologií jsou technologie založené na broadcastu, tzn. všesměrovém vysílání – např. Ethernet, Token Ring, FDDI. Rámec se dostane ke všem uzlům a příslušný uzel rozhoduje, zda je adresátem nebo ne.
• data jsou vysílána do sítě a koncové stanice čtou jen pakety co jim patří
• jde o technologie založené na „brodcastu“, tzn. všesměrové vysílání
• rámec se dostane ke všem uzlům a příslušný uzel rozhodne zda je adresátem
• v síti jsou aktivní prvky které filtrují a usměrňují pakety
• tento způsob výměny dat se používá u sítí LAN

Spojové
Příkladem spojových technologií je ATM. Zde musí před komunikací příslušných uzlů dojít k vytvoření trvalého spojení (PVC) nebo dočasného spojení (SVC).
• před začátkem výměny dat se musí mezi stanicemi navázat spojení
• koncové uzly se musí „domluvit“ s aktiv. prvky a vytvořit virtuální kanál
• přes virtuál. kanál se pak přenášejí data
• vytváří se spojení buďto trvalé PVC nebo dočasné SVC
• tento způsob se používá pro telefonní sítě, u sítí LAN se nepoužívá