1. Doc. Ing. František Jakab, PhD. františek.jakab@tuke.sk KPI FEI TU
Počítačové siete 6-7
Doc. Ing. František Jakab, PhD.
KPI FEI TU

2. Úvod
Komunikačné média a prenos informácií prostredníctvom médií
Fyzická vrstva

4. ISO OSI Referenčný Model
Sedem vrstiev
Spodné tri vrstvy su typu klient-klient (peer-to-peer)
Nasledujúce štyri sú typu end-to-end
Aplikačná
Aplikačná
Prezentačná
Prezentačná
Relačná
Relačná
Transportná
Transportná
Sieťová
Sieťová
Sieťová
Spojová
Spojová
Spojová
Fyzická
Fyzická
Fyzická
Fyzické médium

5. ... aj dom musí mať dobré základy
7 vrstvový OSI model počítačovej siete
základ
Definuje: elektrické
mechanické
procedurálne
funkčné
špecifikácie pre aktiváciu, riadenie a deaktiváciu fyzického spojenia medzi systémami

6. Základy dátových komunikácií Fyzická vrstva
Alebo označovaná aj ako prvá vrstva
Úlohou je prenos elektrického, optického alebo rádiového signálu po prenosovom médiu
Popisuje samotné prenosové médium – káble, bezdrátové spojenie
Teda, všetko čo čo sa týka fyzikálnych veličín a fyzikálnych vlastností
Komponenty počítačových sietí, ktoré patria  k fyzickej vrstve, sa rozdeľujú na:
- pasívne
- aktívne

7. Fyzická vrstva štandardy fyzickej vrstvy:
zaoberá sa výhradně prenosom bitov
otázkami typu kódovánia, modulacie, časovania, synchronizacie, el. parametrami signálov, konektormy, riadiacimi sig.rozhrania, ....
nijako neinterpretuje to, čo prenáša
jednotlivých bitom neprisudzuje žiadný špecifický význam
na úrovni fyzickej vrstvy sa rozlišuje:
paralelný a sériový prenos
synchronný, asynchronný a arytmický prenos
prenos v základnom a prekladanom pásme
štandardy fyzickej vrstvy:
RS-232-C, V.24
X.21, V.35
.....

8. jej úlohou je fyzický prenos dát vo forme jednotlivých bitov a bitových sekvencií
zahŕňa služby typu: prijmi bit / odošli bit
stará sa napr. o zakódovanie bitov, časový priebeh signálu, obvodové vlastnosti ciest,...

9. Základy dátových komunikácií Fyzická vrstva
Pasívne komponenty:
súčasti siete, ktoré len prenášajú signál, nijako ho netvoria, neupravujú ani nezosilňujú.
Patria sem média (káble), koncovky, zásuvky, prepojovacie panely a prepojovacie káble, rôzne konektory a ďalšie.
Aktívne komponenty:
zariadenia, ktoré prenášaný signál zosilňujú, istým spôsobom modifikujú alebo rozmnožujú. Najbežnejšími aktívnymi zariadeniami fyzickej vrstvy sú transceiver, opakovač (hub).

10. Čo je potrebné vedieť z „teoretických základov“?
ako vyjádriť „schopnosť prenášať dáta“
ako ich správne interpretovať a chápať
ako a v čom ich merať
čím je „schopnosť prenášať data“ určena?
Od čoho závisí, aký je charakter závislosti
ako môžme tento charakter meniť?
kde sú limity
aký je „prenosový potenciál“ nejčastejšie používaných prenosových ciest

11. Reálné vlastnosti prenosových ciest
prenosové cesty nie sú nikdy ideálne
vždy nejako negativne ovplyvňujú prenášaný signál
vykazujú:
útlm (zoslabuje prenášený signál)
zkreslenie(deformuje prenášaný signál)
presluch („prelínanie signálov z iných vedení)
Dôsledok:
každá prenosová cesta prenáša niektoré signály lepšie, ina horšie:
záleží najmä na frekvencii prenášaného signálu a na povahe jeho zmien
niektoré signály sú už tak „deformované“, že nemá zmysel ich danou prenosovou cestou prenášať (pre iné to ešte zmysel má)

12. Vplyv útlmu a zkreslenia
ideálna
prenosová cesta
vplyv R R
vplyv C, L L C

13. Šírka prenosového pásma (bandwidth)
„deformácia“
závislosť „miery deformácie prenášeného signálu“ má väčšinou intervalový charakter
závislý primárne na frekvencii signálu
ano
nie
nie
f [Hz]
Je možné nájsť rozsah frekvencií (fmin až fmax), ktore daná prenosová cesta prenáša s ešte únosnou „deformáciou“
fmax-fmin predstavuje tzv. šířku prenosového pásma

14. Príklady (šírky pásma)
krútená dvoulinka (twist): stovky MHz
dnes - GHz
koaxiálne kable: stovky MHz
optické vlákna: THz (?)
ich možnosti nie sú zďaleka využité, potenciál je obrovský

15. Vplyv šířky pásma na prenášaný signál (obecného priebehu)
pre signály, ktoré majú harmonický (sinusový) priebeh je závislosť zrejmá
frekvencie v rámci šírky pásma sa prenesú „bez zmien“, ostatné vôbec nie
pre signály, ktoré majú obecný priebeh je efekt obmedzenia šírky prenosového pásma zložitejší
pomôcka: každý rozumný signál je možné rozložiť (dekomponovať) na signály harmonického priebehu (podľa Fourieroveho radu)
na tzv. harmonické zložky, s celočíselnými násobkami základnej frekvencie
vplyv šírky pásma na harmonické zložky je zrejmý
určitý počet nižších zložiek „prejde“
vyššie harmonické zložky „neprejdú“

16. Predstava = +
STOP ?

17. Prenos v základnom pásme (baseband)
je snaha prenášať jednosmerný signál (I, U), a meniť ho (modulovať) priamo podľa prenášaných binárnych dát
typicky: sú prenášané napäťové/ prúdové impulzy obdlžnikového priebehu (Ethernet)
U [V] t 1 1 1
problém: vplyv obmedzenej šírky prenosového pásma na signály obdlžníkového priebehu je veľký!

18. Príklad
zmena 2000x
za sekundu
šírka pásma
500 Hz
1300 Hz
4000 Hz

19. Prenos v základnom pásme (baseband)
Pri niektorých prenosových cestach ho nie je možné použiť:
pretože tieto neprenesú tzv. jednosmernú zložku (frekvencia 0 Hz)
napríklad“: komutované okruhy verejnej telefonnej siete (mali „v ceste“ zaradené prvky typu transformátorov, cez ktoré jednosmerná zložka neprešla)
používal sa napríklad na koaxiálnych kabloch a TP, v sieťach LAN
Ethernet 10Base2, 10BaseT
obecne je možné tento spôsob prenosu použiť len na kratšie vzdialenosti
kde se ešte tak neprejavuje negativny vplyv reálných obvodových vlastností prenosových ciest

20. Prenos v prekladanom pásme
Základna myšlienka:
prenášať taký signál, aký daná prenosová cesta prenáša najlepšie
to je vo väčšine prípadov signál, ktorý má harmonický (sinusový) priebeh
Nie signál s obdlžnikovým priebehom (ten býva najviac „deformovaný“)
Problém:
ako prostredníctvom prenášaného harmonického signálu reprezentovať binárne data?
Modulacia:
podľa prenášaných dat sa menia niektoré parametre harmonického signálu
napr. amplituda, frekvencia, fáza, ...)

21. y = A . sin ( w.t + f ) Predstava modulácie amplitudová fázová1
y = A . sin ( w.t + f )
frekvenčná
modulácia
(mení sa w)
fázová
(mení sa f)
amplitudová
(mení sa A)

22. Analogový a digitálny prenos
analogový prenos:
zaujíma ma konkrétna hodnota prenášanej veličiny
napr. okamžitá hodnota napätie, prud apod.
digitálny prenos:
zajíma ma, či hodnota prenášanej veličiny patrí do jedného intervalu alebo do druhého intervalu
napr. či je hodnota napätia väčšia ak o0,6V alebo nie
(prakticky) každý prenos je vo svojej podstate analogový
prenáša sa veličina, ktorá je svojim charakterom analogová
o digitálnej či analogovej povahe prenosu rozhoduje interpretácia!!!!
analogový prenos nie je nikdy ideálny
nedokáže preniesť hodnotu s ideálnou presnosťou
digitálny prenos je ideálny

23. Modulačná rychlosť meria se v Baudech [Bd]
týká sa toho, ako rýchle je možné meniť prenášaný signál
v prekladanom pásme: ako rýchle je možné modulovať (meniť amplitudu, frekvenciu, fázu, .... nosného signálu podľa binárnych dat)
v základnom pásme: ako rýchle je možné meniť samotný prenášaný signál
modulačná rychlosť = počet zmien za sekundu
meria se v Baudech [Bd]
Nie je možné ju zvyšovať donekonečna
pretože príjemca by nedokázal spoľahlivo detekovať jednotlivé zmeny

24. Nyquistovo kritérium hovorí, že inač: max(vmodulačná)= 2*šírka_pásma
pomalšie zmeny by nedokázali využít potenciál dostupnej šírky pásma
rychlejšie zmeny by nepreniesli žiadnú informáciu „naviac“
inač:
aby príjemca mohol získať z prenášaného signálu všetkú užitočnú informáciu, stačí mu vzorkovať jeho prieh 2x za každú periodu

25. Modulačná vs. prenosová rýchlosť
modulačná rychlosť hovorí, ako rýchle se mení prenášaný signál
meria sa Baudech [Bd]
Nehovorí však nič o prenesených údajoch
záleží na tom, koľko „informácie“ nesie každá jednotlivá zmena signálu
prenosová rychlosť vyjadruje objem dat, prenesených za jednotku času
meria sa v bitoch za sekundu [bps]
nehovorí nič o rýchlosti zmien preneseného signálu

26. Modulačná vs. prenosová rychlosť
obecne platí:
vprenosová=vmodulačná * log2(n)
kde n je počet možných stavov prenášaného signálu
modulačná a prenosová rychlosť sa môžu číselne rovnať
ak n=2
Napr. pri prenose v základnom pásme
v prípade dvojstavovej modulacie

27. Príklady: Ethernet: RS-232-2, Centronics telefonné modémy
prenosová rychlosť: 10 Mbps
na 1 bit se „spotrebujú“ 2 zmeny prenášaného signálu
kódovánie Manchester
modulačná rychlosť je dvojnásobná
RS-232-2, Centronics
modulačná a prenosová rychlosť sú rovnaké
telefonné modémy
modem V.22bis:
2400 bps, 600 Bd, n=16
modem V.32:
9600 bps, 2400 Bd, n=16
modem V.32bis:
14400 bps, 2400 Bd, n=64
modem V.34:
28800 bps, Bd, n=512

28. Zvyšovanie prenosovej rychlosti
možné zdroje zvyšovania:
šírka prenosového pásma
zvýšenie znamená obvykle zmenu prenosového média resp. cesty
zvýšenie obvykle znamená zvýšenie ceny (nákladov)
počet stavov prenášaného signálu (stupeň modulace)
stupeň modulace nie je možné zvyšovať donekonečna
intuitivne:
pri prekročení určitého stupňa modulácie (počtu stavov prenášaného signálu) už príjemca nebude schopný tieto stavy správne rozlišiť
exaktne:
kde leží táto hranica
na čom je závislá

29. Shannonova teoréma Claude Shannon:
hranice je dána
šírkou prenosového pásma
„kvalitou“ prenosovej cesty (odstupom signálu od šumu)
číselne:
max(vprenosová) = šírka pásma * log2(1 + signál/šum)
nie je to závisle na použitej technologii !!!
nezáleží na použitej modulacii
nevyskytuje sa tam počet rozlišovaných stavov prenášaného signálu

30. (Efektivný) prenosový výkon
prenosová rychlosť je veličina nominálneho charakteru
Hovorí skôr to, ako dlho trvá prenos 1 bitu
nehovorí
či sa jednotlivé bity prenášajú „súvisle“ alebo nie
nehovorí, ktoré bity sú „užitočné“ a ktoré majú režijný charakter
objem „užitočných“ dat, prenesených za jednotku času, vyjadruje až tzv. prenosový výkon
meria se v bitoch za sekundu
postihuje:
režiu prenosových mechanizmov a formátov
režiu na zaistenie spoľahlivosti (opakovanie prenosov)

31. Prenosový výkon vs. prenosová rychlosť
faktory znížujúce prenosový výkon oproti prenosovej rychlosti:
rôzné druhy režie
faktory zvyšujúce ...
kompresia prenášaných dat
záleži na vzájomnom pomere oboch vplyvov
prenosový výkon môže býť i vyšší než prenosová rychlosť
suvisiací príklad:
telefonné modémy so zabudovanou on-line kompresiou (až 4:1)
prenosová rychlosť 28,8 kbps (nominálna)
pri max. kompresii medzi modemom a počítačom data „teču“ 4x rychlejšie, tj. rychlosťou 115,2 kbps

32. Úvod
Prenosové cesty a prenosové média

33. Ciele
Úvod do problematiky prenosových médií
Štrukturovaná kabeláž

34. Prenosové cesty linkové (drátové) bezdrátové koaxiálne kable
pre prenos v základnom aj prekladanom pásme
krútená dvoulinka
optické vlákno
multimodové
jednomodové
bezdrátové
rádiové
mikrovlnné
radioreléové
satelitné
......

35. Prenosové média
Fyzické média, ktorými sú prenášané dáta, hlasový signál alebo iný typ signálu ku svojmu cieľu
Medzi najbežnejšie prenosové média patria:
elektrické vodiče (obvykle medené):
koaxiálny kábel (hrubý, tenký)
krútená dvojlinka
optické vlákna
vzduch (bezdrôtový prenos)

36. Prenosové média Základné charakteristiky každého prenosového média sú:
odolnosť proti vonkajšiemu elektromagnetickému rušeniu (EMI -Electrical Magnetic Interference)
náhodná energia z vonkajších zdrojov, ktorá môže interferovať so signálmi prenášanými medeným káblom
zdrojom môžu byť napr. motory, lekárske prístroje, fluorescenčné osvetlenie, mobilné telefóny, atmosferická elektrina a pod.

37. Prenosové média šírka pásma: útlm: udáva sa v Hz
určuje max. frekvenciu nosného signálu
čím je väčšia, tým je aj rýchlosť prenosu vyššia
útlm:
strata sily signálu na médiu s vzdialenosťou
udáva sa v dB (decibel) na dĺžku média (100 m, 1 km)
možné vypočítať podľa vzťahov:
D = 20 log (U2/U1)
D = 10 log (P2/P1)
- 6 dB (- 3 dB) znamená 50% útlm

38. Prenosové média impedancia:
veľkosť odporu vodiča striedavému elektrickému prúdu, ktorá pomáha určiť útlmové vlastnosti vodiča
Označenie - Z0 a jednotkou je W (Ohm):
presluch medzi vodičmi (crosstalk):
rušenie signálom zo susedného vedenia
udáva sa v dB
čím vyššia je hodnota, tým nižšie je toto vzájomné rušenie
cena

39. Linkové prenosové cesty
viditeľné svetlo 4 10 12 10 Hz
rádio
mikrovlny
infračerv. UV
RTG
gamma
optické
vlákna
krútena dvoulinka
koax. kabel 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 10 10 Hz
kHz
MHz
GHz
THz

40. Typy porovnaných káblov
TP - Twisted Pair cable
UTP - Unshielded twisted-pair cable
STP - Shielded twisted-pair cable
ScTP - Screened Twisted Pair cable
FTP - Foil Twisted Pair cable
Koaxiálny – Coaxial cable
Optický - Fiber-optic cable

41. Koaxiálny kábel (1) Plášť Fóliové tienenie Nosný vodič
Splietané tienenie
Izolácia

42. Koaxiálny kábel (2)
Vykazuje pomerne dobré parametre pri frekvenciách pod 1 GHz
Skladá sa z nasledujúcich vrstiev:
nosný vodič (signálový vodič):
vodivý drôt, vyrobený väčšinou z medi
môže byť buď plný nebo splietaný
jeho priemer (popr. počet vlákien) je jedným z faktorov ovplyvňujúcom útlm

43. Koaxiálny kábel (3) izolácia: fóliové tienenie:
izolačná vrstva vyrobená z dielektrika, ktorá je umiestená okolo nosného vodiča
ako dielektrikum sa používa upravený polyethylén alebo teflon
fóliové tienenie:
tienenie z tenkej fólie okolo dielektrika
obvykle zložené z hliníka
toto tienenie nemajú všetky koaxiálne kabely

44. Koaxiálny kábel (4) splietané tienenie: plášť:
splietaný vodič (fólia) vyrobený z medi alebo hliníka
môže slúžiť nosnému vodiču ako uzemnenie
spolu s fóliovým tienením chráni nosný vodič pred EMI
plášť:
vonkajší kryt, ktorý môže byť buď typu:
plenum (žiaruvzdorný) : vyrobený z teflonu alebo kynaru
nonplenum: vyrobený z polyethylénu alebo PVC

45. Koaxiálny kábel (5)
Funkčne môže byť koaxiálny kábel rozdelený na varianty pracujúce v:
základnom pásme (baseband):
má len jeden kanál, ktorým môže byť prenesená len jediná správa súčasne
preloženom pásme (broadband):
môže prenášať niekoľko analógových signálov (na rôznych frekvenciách) súčasne

46. Koaxiálny kábel (6) Podľa hrúbky môžeme koaxiálne káble rozdeliť na :
hrubý (thick):
hrubý Ethernet kábel, "thicknet", 10base5,...
priemer Ć = 3/8“ (cca. 1cm)
tenký (thin):
tenký Ethernet kábel, "thinnet", "cheapernet", 10base2,...
priemer Ć = 3/16“ (cca. 0,5cm)

47. Koaxiálny kábel (7) Niektoré typy koaxiálnych káblov:
RG-6: Z0 = 75 W, používa sa ako pomocný kábel pre CATV i TV
RG-8: Z0 = 50 W, používa sa pre hrubý (thick) Ethernet
RG-11: Z0 = 75 W, používa sa pre hlavné rozvody CATV i TV
RG-58: Z0 = 50 W, používa sa pre tenký (thin) Ethernet
RG-59: Z0 = 93 W, používa sa pre ARCnet
RG-62: Z0 = 93 W, používa sa pre ARCnet a zapojenia terminálov v IBM SNA sieťach
RG - Radio Government
SNA - System Network Architecture

48. Koaxiálny kábel (8) Výhody koaxiálneho káblu:
veľká odolnosť proti EMI
prijateľná cena (tenký koax. kábel)
môže slúžiť i k prenosu hlasu a videa (v preloženom pásme)
Nevýhody koaxiálneho káblu:
zložitá inštalácia (hrubý koax. kábel)
nízke prenosové rýchlosti (do 10Mbps)

49. Metalické káble Koaxiálny kábel
Konektory, prepojky, zakončovacie členy, rozbočky...
Obr. 3 – konektor BNC
(pohľad spredu a zboku)

50. Metalické káble Koaxiálny kábel
- príklad zapojenia NIC koaxiálnym káblom

51. Krútená dvojlinka Skladá sa z nasledujúcich častí: vodiče:
sú vždy v pároch vzájomne obtočené okolo seba
obvykle sú vyrobené z medi
môžu byť plné nebo splietané
počet párov je rôzny (2, 4, 6, 8, 25, 50, 100), pre sieťové aplikácie sú to najčastejšie 2 alebo 4 páry
tienenie (len u STP):
fóliové tienenie okolo každého páru vodičov
splietané (fóliové) tienenie okolo všetkých párov
vonkajší plášť:
vonkajší kryt vyrobený z PVC (nonplenum) alebo z teflónu príp. kynaru (plenum)

52. TP kábel – Krútená dvojlinka
Výhody:
Väčšia odolnosť voči presluchom (cross talk) ako obyčajná dvojlinka
Nízka cena
Jednoduchá inštalácia
Nevýhody:
Krátka prenosová vzdialenosť
Malá odolnosť voči šumu a interferenciám

53. UTP kábel – Netienená krútená dvojlinka
Má tie isté výhody a nevýhody ako TP kábel
Obsahuje 4 páry krútených dvojliniek
Maximálna dĺžka kábla je 100 m
Prenosová rýchlosť: 10 – 100 Mbps
Impedancia: 100 

54. Krútená dvojlinka Vyrába sa v dvoch základných variantoch:
UTP (Unshielded Twisted Pair) - netienená krútená dvojlinka
Vonkajší plášť
Skrútený pár
Vodič
s izoláciou
z plastu
s farebným
kódom

55. Krútená dvojlinka (5) Impedancia vodiča :
UTP 100 W
STP 150 W
Kategórie káblov UTP (Cat1-7) a STP (Cat3-7):
Cat1 - menej ako 1MHz - anal. a digit. prenos hlasu (telefón)
Cat2 - 4MHz - Token Ring, 4Mbps
Cat3 - 16MHz - 10base-T, 4Mbps v Token Ring-u
Cat4 - 20MHz - Token Ring, 16Mbps
Cat MHz - 100Base-T, 1000Base-T (4 páry)
Cat5e - 100MHz Base-T
Cat MHz - 10Gbps
Cat MHz

56. Kategórie UTP káblov Kategórie Typy Kategória 1
Len na prenos zvuku (Telefónny kábel)
Kategória 2
Na prenos dát do 4 Mbps (LocalTalk)
Kategória 3
Na prenos dát do 10/16 Mbps (Ethernet)
Kategória 4
Dáta do 20 Mbps (16 Mbps Token Ring)
Kategória 5
Dáta do 100 Mbps (Fast Ethernet)

57. STP a ScTP – Tienená krútená dvojlinka
Výhody:
Väčšia odolnosť voči vonkajším EM vplyvom
Nevýhody:
Vyššia cena
Väčší priemer
Krátka prenosová vzdialenosť (100 m)
Impedancia STP: 150 
Impedancia ScTP: 100 alebo 120 

58. Krútená dvojlinka
STP (Shielded Twisted Pair) - tienená krútená dvojlinka
Vonkajší
plášť
Celkové
tienenie
Tienenie
párov
Skrútený pár
Vodič
s izoláciou
z plastu
s farebným
kódom

59. FTP kábel – Fóliou tienený kábel
Výhody:
Lacnejší ako STP
Menší priemer oproti STP
Nevýhody:
Fólia nemá také dobré vlastnosti ako kovový oplet

60. Kategórie STP káblov Kategórie Typy Kategória 5e
Na prenos dát do 100 Mbps
Kategória 6
Na prenos dát do 250 Mbps
Kategória 7
Na prenos dát do 600 Mbps

61. RJ-45 konektor Výhody: Nevýhody:
Slúži na ukončenie UTP resp. STP káblov
Výhody:
Jednoduchý montáž
Spoľahlivé spojenie
Nevýhody:
Špeciálne náradie na montáž
Jednorázové použitie 1

62. Zapojenie RJ-45 konektorov podľa T568
Cross-connect kábel: na priame prepojenie dvoch počítačov, HUB-ov alebo SWITCH-ov. A 1 2 3 4 5 6 7 8 B
Rollover kábel: na prepojenie počítača s routerom. A 1 2 3 4 5 6 7 8 B
Straight-through kábel: na priame prepojenie zariadení. A 1 2 3 4 5 6 7 8 B

63. TIA/EIA-568-A categórie pre TP
CAT1 a CAT2 – nepoužívajú sa však pre LAN
u nás sú oficiálne povolené len CAT5 a vyššie
CAT6 a CAT7 sú ešte vo vývoji

64. Krútená dvojlinka Výhody krútenej dvojlinky:
UTP je ľahký a flexibilný (jednoduchá inštalácia)
STP poskytuje dobrú ochranu proti EMI
pomerne nízka cena (najmä UTP)
vysoká dostupnosť
Nevýhody krútenej dvojlinky:
STP je hrubý a ťažko sa s ním pracuje
UTP je citlivý na rušenia
UTP signály nemôžu byť prenášané bez regenerácie (zosilnenia a čistenia) na väčšie vzdialenosti (v porovnaní s inými typmi káblov)

65. Porovnanie TP

66. Použitie Twisted Pair-u
10/100/1000 BASE-T
4/16 Mbps Token Ring
155 Mbps ATM

67. UTP – Unshielded twisted pair
Farebné kódovanie RJ - 45
Farebné kódovanie UTP
UTP kábel
RJ – 45 konektor

68. Optické káble
Sú založené na odraze svetla. Celá technológia je založená na zákone uhla dopadu a odrazu a zákone lomu.
Rýchlosť prenosu dát je daná rýchlosťou šírenia svetelného lúča vo vnútri vlákna.
Rozdelenie:
Multimodové
Singlemodové

69. Zákon uhla dopadu a odrazu ( reflection )b
Uhol dopadu a je totožný s uhlom odrazu b
a = b

70. Zákon lomu ( refraction )
n1 > n2
n1 < n2 n2 n1
Pri dopade lúča sa časť lúča odrazí, ale časť sa pohltí plochou, na ktorú lúč dopadol.
Pri prechode lúča z jedného prostredia do druhého dochádza k lomu. Ak prechádza z prostredia z vyšším indexom lomu do prostredia s nižším, lúč sa láme ďalej od normály a opačne.

71. Optické vlákna Index lomu : n1 < n2
Ak majú byť dáta prenášané vláknom musia do vlákna vchádzať max. pod uhlom c
Lúče sa musia vo vnútri vlákna odrážať pod uhlom a

72. Multimódové vlákno Jadro F = 50 a 62,5 mm
Hrubší ako singlemodové vlákno čo spôsobuje, že svet. Lúč sa môže šíriť viacerými cestami
max. vzdialenosť 2km
vhodný pre LAN popr. Na prepojenie budov na krátke vzdialenosti
ako zdroj svetelných lúčov používa LED diódy
Označenie 50 / 125 alebo 62,5 / 125
Cladding
Ochranný lak

73. Multimódové vlákno
Optické vlákno
LED
Ak LED emituje svetlo, tak to sa šíri všetkými smermi.
Hrúbka vlákna umožňuje šírenie svetla viacerými cestami

74. Singlemódové vlákno Jadro F = 9 mm max. vzdialenosť 3km tenké jadro
ako zdroj svetelných lúčov používa laser
označenie 9 / 100
vlákno môže byť chránené kevlarovým poťahom
vyhotovenie voľné a pevné
Cladding
Ochranný lak

75. Singlemódové vlákno
Optické vlákno
Laser
Cvak !!!
Svetelný lúč lasera má väčší výkon a šíri sa jen jedným smerom s vysokou koncentráciou fotónov
Prenos informácii na väčšie vzdialenosti

76. Vlastnosti optických káblov :
Výhody :
Vyššie prenosové rýchlosti na väčšie vzdialenosti
Prepojenie kontinentov
Nevýhody:
Jedným vláknom len jednosmerná komunikácia
Vysoká cena
Nutnosť prevodníkov elektrické signály – svetelné lúče a opačne
Väčšia náročnosť inštalácie
Aj mikroskopické chyby v štruktúre kábla spôsobujú chyby v prenose ( napr. úbytok výkonu lúča )

77. Optický kábel (1) 50/125, step index, multi-mode 50/125, graded index,
8/125,
single-mode
Obal
Plášť svetlovodu
Jadro

78. Optický kábel (4) plášť svetlovodu:
vyrobený ako jedna časť spoločne s jadrom
jedná sa o vrstvu (obyčajne z plastu) s nižším indexom lomu svetla ako má jadro:
n = c/v
c - rýchlosť svetla vo vákuu
v - rýchlosť svetla v danom materiále
Médium n
vákuum
1.0000
vzduch
1.0003
voda
1.33
plášť svetlovodu
1.46
jadro
1.48
jeho úlohou je "udržať" svetlo vo vnútri svetlovodu
priemer plášťa je od 100 mikrometrov do 1 mm

79. Optický kábel (5) Rozdelenie optických káblov: obal:
vonkajšie ochranné puzdro (plenum alebo nonplenum)
zosilňovacia vrstva
niektoré typy optických káblov
medzi plášťom jadra a obalom nachádza vrstva kevlarových vlákien, ktorá zabraňuje jeho náhodnému prelomeniu a zvyšuje jeho celkovú pevnosť
Rozdelenie optických káblov:
1. Podľa počtu prenášaných vidov (svetelných priebehov)
2. Podľa typu plášťa svetlovodu
3. Podľa umiestnenia svetlovodu v jeho plášti

80. Optický kábel (6) Podľa počtu prenášaných vidov (svetelných priebehov)
jednovidové (single-mode):
jadro má veľmi malý priemer (5-8 mikrometrov)
svetlo môže v jadre postupovať len jednou cestou
obtiažnejšie sa inštaluje pretože vyžaduje väčšiu presnosť
dovoľuje vysoké prenosové rýchlosti (cez 50 Gb/s)
má veľmi malý útlm
prenos dát až do 3km

81. Single-mode vlákno

82. Optický kábel (7) multividové (multi-mode):
majú hrubšie jadro ako jednovidové
svetelný lúč má viac priestoru a môže prebiehať v jadre viacerými cestami
viacero svetelných priebehov môže viesť k rušeniu signálu na strane prijímača
ako veličina skreslenia sa používa modálna disperzia, ktorá sa udáva v ns/km a predstavuje rozdiel medzi najrýchlejším a najpomalším svetelným priebehom
prenos dát do 2km

83. Multi-mode vlákno

84. Single mode and multi mode
Single: Light to travel in a straight line.
Multi: Light to travel multiple paths.

85. Optický kábel step index kábel: 2. Podľa typu plášťa svetlovodu
kábel so skokovou zmenou v indexe lomu
používa sa u multividových i jednovidových káblov
v prípade multividových káblov sa jedná o najjednoduchší a najlacnejší typ optického káblu
jadro má priemer 50 až 125 mikrometrov, plášť svetlovodu 140 mikrometrov
vhodné pre prenosové rýchlosti 200 Mb/s - 3 Gb/s

86. Optický kábel graded index kábel: kábel s postupnou zmenou indexu lomu
používa sa len u multividových káblov
lepšie vedie svetelný signál, má nižší útlm i menšiu modálnu disperziu
umožňuje až 10 krát širšie prenosové pásma ako multividový step index kábel
najčastejšie používaný typ optického káblu

87. Optický kábel 3. Podľa umiestenia svetlovodu v jeho plášti
loose-tube konštrukcia:
svetlovod je umiestnený voľne v jeho plášti
medzi svetlovodom a plášťom je vzduch alebo gél
tlmí sa lokálny ohyb svetlovodu
predchádza microbending-u svetlovodu
tight-buffer konštrukcia:
svetlovod je fixne umiestnený v jeho plášti
zvyšuje pevnosť káblu
svetlovod sa nešúcha o steny plášťa

88. Optický kábel
Optické káble sú špecifikované v tvare priemer jadra/priemer plášťa svetlovodu (jednotkou je mikrometer):
8/125: jednovidový kábel, veľmi drahý, vhodný pre vlnové dĺžky 1300 nm alebo 1550 nm
62.5/125: najpoužívanejší typ, vhodný pre vlnové dĺžky 850 nm alebo 1300 nm
100/140: špecifikácia IBM pre siete Token-Ring

89. Optický kábel Útlm na optickom kábli:
Pohybuje sa približne od 0,5 dB/km (jednovidové) až do 1000 dB/km (plastické multividové)
vnútorný:
scattering: odraz časti svetla spôsobený mikroskopickými nepresnosťami v jadre
absorption: spôsobená nečistotami v materiále, ktoré pohlcujú časť energie a premieňajú ju na teplo
vonkajší:
macrobending: vzniká nevhodným ohybom káblu
microbending: vzniká drobnými nerovnosťami na rozhraní medzi jadrom a jeho plášťom

90. FIBER OPTIC CABLE
Optický kábel
Simplexné a duplexné spojenie

91. FIBER OPTIC CABLE Výhody Nevýhody Odolnosť voči rušeniu CenaST SC FC LC
Výhody
Nevýhody
Odolnosť voči rušeniu
Cena
Veľká prenosová rýchlosť
Drahé vysielače a prijímače
Veľká prenosová kapacita
Drahé spájanie káblov
Prenos na dlhé vzdialenosti
Bezpečné médium

92. Optický kábel Ďalšie nevýhody:
Na prenos informácií potrebujeme dve vlákna
Potrebujeme špeciálne náradie na prepojenie spojovacích šnúr (patch cord)
Po inštalácii musíme premerať prenosovú charakteristiku každého vlákna – je to drahé

93. WIRELESS MÉDIA Štandardy pre bezdrôtové siete: 802.11 802.11b,a,g
802.11b je tiež nazývaný ako WiFi, 2.4GHz. Pracuje na 11, 5.5, 2 a 1 Mbps. Je to dôležité kvôli spätnej kompatibilite.
802.11a pracuje na 5GHz, využitie v WLAN, prenosový rýchlosť 54Mbps, nekompatibilné s 802.11b
802.11g všetko rovnaké ako a ale kompatibilné s 802.11b

94. WIRELESS MÉDIA

95. Wireless zariadenia

96. Bezdrátové prenosové cesty
viditeľné svetlo 4 10 12 10
rádio
mikrovlny
infračerv. UV
RTG
gamma AM
rádio FM
rádio
satelity
laserové,
optické spoje
Mikrovl.
spoje TV 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 10 10 Hz
kHz
MHz
GHz
THz

97. Antény

98. Úvod
Koncepcia štrukturovanej kabeláže
Sieťové technológie

99. Ciele Úvod do problematiky štrukturovaných kabeláži
Príklady sieťových technológií
a ich využitie

100. Štruktúrovaná kabeláž
Organizácia prenosových médií
Štruktúrovaná kabeláž

101. Obsah Štruktúrovaná kabeláž ANSI/TIA/EIA-569-A ANSI/TIA/EIA-568-A
Káblové komory MDF a IDF
Požiadavky na MDF a IDF
Príklady umiestnenia MDF a IDF
Komponenty

102. Štandardizácia ISO—International Standards Organization
IEEE—Institute of Electrical and Electronic Engineers
TIA—Telecommunications Industry Association
EIA—Electronics Industry Association
UL—Underwriters Laboratories

103. Štruktúrovaná kabeláž
Rôzne kombinácie protokolu prenosu dát (Token Ring, CDDI, Ethernet, FDDI atd.)
Rozšírená hviezdicová topológia
Káble:
Krútená dvojlinka (TP=twisted pair)
Optické kabeláže (chrbticová kabeláž)

104. ANSI/TIA/EIA-569-A horizontálna kabeláž (max. 100m)
telekomunikačné komory
chrbticová kabeláž
izby s vybavením
pracovné územia
vstupné zariadenia

105. ANSI/TIA/EIA-568-A

106. Horizontal Cabling (TIA/EIA 568A)
Work Station
(Patch Cable)
Cross-Connect Jumpers
(Patch Cable)
Horizontal
Cable Run 3m +
90m + 6m =
99m
...or approx. 100 meters for CAT 5 UTP

107. Types of Connections in a LAN

108. Káblové komory MDF a IDF
MDF – Main Distribution Facility
hlavné distribučné zariadenie
MCC – hlavný rozvádzač
IDF – Intermediate Distribution Facility
pomocné distribučné zariadenie
ICC – medziľahlý rozvádzač
HCC – horizontálny rozvádzač

109. Topologické hľadisko výberu miestnosti

110. Veľkosť káblovej komory [m2]
Rozmery MDF a IDF
Územie [m2]
Veľkosť káblovej komory [m2]
1000
3.0x3.4
800
3.0x2.8
500
3.0x2.2

111. Požiadavky na MDF a IDF zvýšená vydláždená podlaha
steny pokryté nehorľavým materiálom
telefónna prípojka
teplota cca 21º C
relatívna vlhkosť vzduchu cca 30% - 50%
dve oddelené nespínané sieťové prípojky (230V)
osvetlenie min. 500lux vo výške 2.6m
(nie žiarivka)
0.9m široké dvere otvárané smerom z miestnosti

112. Chrbticová kabeláž

113. Maximálne vzdialenosti chrbticovej kabeláže

114. Horizontálna kabeláž

115. Umiestnenie MDF a IDF v poschodovej budove
z dôvodu zníženia nákladov sa umiestňuje MDF do stredu budovy
POP - Point of Presence
telefónna prípojka
pripojenie na internet

116. Umiestnenie MDF a IDF v komplexe budov

117. Výber potencionálnych miestnosti

118. Zapojenie pracovných stanic
Jednoposchodová budova
Jedna káblova komora typu MDF
LSA-PLUS – systém rýchleho spojenia vodičov (konektory RJ-45)

119. Miesto pre rozvádzač vybrať tak, aby bola plocha poschodia pokrytá kružnicou s polomerom cca 50m.

120. Prepojenie rozvádzačov
TIA/EIA-586-A pripúšťa metalické aj optické káble
Nad 90m jednoznačne optika
Pod 90m je možné použiť aj metalický (UTP) kábel
- ak má budova niekoľko uzemňovacích bodov, môže sa stať, že dôjde k rozdielu potenciálov na rozvádzačoch a tým pádom k poškodeniu zariadení ...
- v tom prípade je lepšie použiť optiku.
Peter Nusios

121. Komponenty dátové zásuvky(s konektormi RJ-45)
prepojovacie panely (Patch panel)
prepojovacie káble (CAT 5, CAT 5e atď.)
dátové rozvádzače

122. Types of Connections in a LAN
Identify the pinout of the straight-through and cross-over cables

123. Dátové zásuvky

124. Prepojovací panel

125. Prepojovacie káble

126. Dátové rozvádzače

127. Ethernet Fundamentals

128. Ethernet
väčšina sieťových zapojení v Internete začína a končí ethernetovým zapojením;
ľahko a lacno sa inštalujú;
spoľahlivé;
možnosť spolupráce s ďalšími technológiami, ktoré sa ľahko implementujú;
otvorený štandard vytvorený s kompatibilitou ISO/OSI,
rôzne verzie Ethernetu majú fyzickú vrstvu zvyčajne dosť odlišnú, ale spojovú vrstvu dosť podobnú.

129. IEEE 802.3 IEEE 802 - štandardy pre LAN 802.1: úvod a spoločné časti
802.2: „vyššia podvrstva“
(logical link control)
802.3 – 802.5: „nižšia podvrstva“ (media access control) a fyzická vrstva
(IEEE = Institute of Electrical and Electronic Engineers)
Logical link control – realizuje napr. potvrdzovanie doručenia rámcov – príliš sa nepoužíva

130. Ethernet – história
Je najpoužívanejšou sieťovou technológiou dneška. Jeho koncepcia však pochádza z doby, keď možnosti výrobných technológií a požiadavky používateľov boli dosť odlišné od dnešných.
Vývoj technológie ethernetu prilákal Intel a DEC a tie spolu s Xeroxom vyvýjali ethernet ďalej
V roku 1980 bola koncepcia Ethernetu predložená spoločnosti IEEE a jej pracovnej skupine Tá ju s drobnými úpravami prevzala, a vydala ako svoj štandard.

131. História IEEE 802.3
Počiatky v roku 1973 v PARC (Palo Alto Researcg Center) – výskumné stredisko Xeroxu – vývoj prenosovej technológie pre lokálne siete.
1976 – sieť CSMA/CD 2,94 Mb/s v Xerox PARC
1980 – štandard pre sieť CSMA/CD 10 Mb/s od firiem Digital, Intel a Xerox – Ethernet
1983 – štandard IEEE (zovšeobecňuje a mierne upravuje pôvodný DIX Ethernet)
Vlastnosti IEEE 802.3:
topológia: zdieľaná zbernica
riadenie prístupu spôsobom CSMA/CD
rôzne médiá s rýchlosťami 1 Mb/s – 10 Gb/s
zbernica: čo jedna stanica vysiela, všetky počujú (ak abstrahujeme od switchov)

132. Ethernet
Podoba Ethernetu, na prelome sedemdesiatych a osemdesiatych rokov v stredisku PARC, vychádzala na jednej strane z určitých potrieb, a na druhej strane z možností daných vtedajšou technologickou základňou.
Technológie – 10 Mbps, hrubý koaxiál, CSMA/CD

133. Ethernet rýchlosť prenosu v Mbps: 10, 100, 1000, 10G
spôsob posielania signálov:
BASE (1 frekvencia na prenos),
BROAD (jedným káblom viacero nezávislých signálov, napr. rádio, TV)
typ média: 2, 5, -T, -TX, -SX, -LX
F = fiber – optické vlákno
T = medený netienený kábel
10BaseT, 10Base2, 100BaseTX

134. Data link layer 2. vrstva OSI modelu; rozdelená na 2 podsiete:
MAC (Media Access Control)
súvisí s fyzickými komponentami; komunikácia;
LLC (Logical Link Control)
komunikačné procesy
nesúvisí s fyzickým pripojením
pridáva hlavičku a trailers - uložené informácie pre 2.vrstvu cieľovej stanice;
údaje z LLC sa združia do rámcov medzi hlavičku a trailer.

135. Ethernet a OSI model
pracuje na prvej vrstve OSI a na nižšej polovici druhej vrstvy (podsieť MAC);
prenos údajov medzi dvoma ethernetovými hostami zvyčajne cez repeater;
problém, ktorý vznikne v časti kolíznej domény ovplyvňuje celú doménu,
1. vrstva – prenos signálov cez prenosové médium; komponenty, ktoré zabezpečujú presun bitov do kábla a rôzne technológie;
2. vrstva - rieši obmedzenia prenosu (funkcií) 1.vrstvy.

136. Repeater nerozdeľuje sieť na viaceré segmenty,
každý prijatý signál vysiela;
všetky údaje posiela všetkým staniciam v sieti;
z portu, na ktorý prišiel signál, sa signál už nepošle;
ak je signál narušený repeater ho obnoví, ak je zoslabený, tak ho zosilní,
pre optimalizáciu prenosu v sieti sa určilo pravidlo (viď modul5),
1 kolízna doména.

137. MAC adresa 2. vrstva OSI modelu;
48 bitov – 12 šestnástkových číslic; (viď: 6.1.4)
prvých 6 číslic – určuje výrobcu – ozn. sa ako OUI (Organizational Unique Identifier);
druhých 6 číslic – dodáva výrobca – zvyčajne sériové číslo rozhrania;
burned-in MAC adresy – v ROM a počas inicializácie NIC sa kopírujú sa do RAM;
použitie – NIC na overenie doručenia správy k vyšším vrstvám OSI modeu,
každé zariadenie v LAN – počítač, tlačiareň, router, switch.

138. MAC adresa
v sieti LAN;
cieľová MAC adresa pre komunikáciu dvoch zariadení;
zdroj – k hlavičke správy pridá MAC adresu cieľa a pošle údaje;
cieľ – každé zariadenie zistí, či prichádzajúca MAC adresa je preň, ak nie, zničí rámec, ak áno, vytvorí kópiu a pošle info vyšším vrstvám;

139. 10-Mbps Ethernet
Legacy Ethernet

140. Legacy Ethernet patria sem: funkcie: 10BASE2 10BASE5 10BASE-T
časovanie
formát rámca
proces prenosu
pravidlá návrhu

141. Parametre 10-Mbps Eth Vlastnosť Hodnota bit time 100 ns slot time
512 bit times (64 okt.)
rozostup rámcov
96 bitov / 9.6 μs
max. počet pokusov o znovuposlanie toho istého rámca 16
collision backoff limit 10
veľkosť jam signálu
32 bitov
max. veľkosť rámca
1518 oktetov
min. veľkosť rámca
512 bitov (64 oktetov)

142. Signal Quality Error
keď sa rámce presunú z podvrstvy MAC na fyzickú vrstvu, najskôr sa ukončí prenos údajov a procesy a ža potom dôjde k prenosu bitov po fyzickom médiu;
aktivácia signálnej chyby:
kolízia,
prerušenie prenosu,
na prenosovom kanáli sa vyskytli rušivé signály
nastal skrat
úspešné doručenie posledného rámca (do 4 – 8 μs)
transceiver vyšle signálnu chybu riadiacej jednotke;
oboznámi ju o stave kolízneho okruhu.

143. CSMA/CD
Vo väčšine sietí sa všetky uzly a zariadenia delia o jedno prenosové médium, to vyžaduje existenciu presných pravidiel prístupu na médium.
CSMD/CD vychádza zo snahy o maximálnu jednoduchosť a efektívnosť pri malom zaťažení siete.
Predpokladá, že každý záujemca o právo vysielať bude najskôr chvíľu počúvať, či práve nevysiela niekto iný.
Ak zistí, že to tak nie je, má právo začať vysielať sám, zatiaľ čo v opačnom prípade musí čakať na koniec práve prebiehajúceho vysielania.

144. CSMA/CD CSMA/CD využíva broadcasting
Správa sa jednoducho vysiela všetkými smermi s nádejou, že bude prijatá adresátom. Táto technika je porovnateľná so spôsobom distribúcie rozhlasových signálov s tým rozdielom, že tí, ktorým správa nebola adresovaná ju musia ignorovať.
Pri tejto metóde má významnú úlohu adresovanie. Smerovanie má menší význam, pretože všetci účastníci sú pripojení zároveň. Protokol musí zabezpečiť, že komunikačné médium je dosiahnuteľné všetkými účastníkmi a zamedziť konfliktom. 

145. CSMA/CD
Carrier Sense – každá stanica monitoruje stav na prenosovom médiu; nezačne vysielať, kým vysiela niekto iný
Multiple Access – v momente, keď nikto nevysiela, môže stanica začať vysielať
Collision Detection – stanica počas svojho vysielania zisťuje, či vysiela sama; ak nie,
prestane vysielať
počká náhodne určený čas
začne vysielať opäť (ak je kanál voľný)
rozhovor gentlemanov

146. spolu sa vykoná 16 pokusov
čas čakania: určuje sa náhodne ako 0 až 2i-1 časových slotov (1 slot = 51,2 μs)
kde i = min { číslo pokusu, 10 }
spolu sa vykoná 16 pokusov

147. CSMA/CD
Vysielač kolíziu pozná podľa skreslenia signálu, spôsobeného ďalším vysielačom. Zastaví prenos a je pritom takmer isté, že prijímač neprijal dáta správne.
Ak je zistená kolízia, oba vysielače zastavia vysielanie a pokračujú po náhodne zvolenom časovom intervale. Tento časový interval je nevyhnutný, aby sa rovnaká chyba kolízie neopakovala stále.
Jedinou nevýhodou všesmerového vysielania je jej citlivosť na preťaženie. Pokiaľ je počet účastníkov, ktorí chcú vysielať veľký, systém sa stane nepriechodným pre veľký počet kolízií.

148. MAC rules and collision detection/backoff

149. CSMA/CD
Maximálna záťaž pre CSMA/CD nesmie nikdy presiahnuť 80%, inak komunikácia úplne zlyhá.

150. Ethernet
Vzniklo mnoho jej variantov, ktoré sa líšia prenosovou rýchlosťou a médiom, označovanie na obrázku:

151. Ethernet
Ethernet pôvodne vznikol nad zbernicovou fyzickou topológiou, a teda aj logickou topológiou bola zbernica.
V minulosti Koaxiálny kábel – a k zbernici boli paralelne pripojené všetky stanice.
Tie medzi sebou mohli komunikovať iba halfduplexne – znamená to, že každá stanica síce mohla prijímať i vysielať dáta, avšak nie súčasne.
Samotný zbernicový kábel musel mať na oboch svojich koncoch zapojené ukončovacie odpory, tzv. terminátory, ktoré zabraňovali odrazom signálu od koncov vedenia naspäť do kábla. Pre celý priebeh kábla medzi dvomi terminátormi sa zaužíval pojem segment

152. Ethernet
Postupom času začal koaxiál ustupovať do úzadia z dôvodu príchodu tzv. Twisted pair kábla a namiesto zbernicovej topológie sa začala používať hviezdicová topológia.
V minulosti boli centrom hviezdicovej topológie huby. Používal sa 10 Mbps Ethernet, v každom kábli 4 žily na prenos, 2 na príjem a 2 na odosielanie – fullduplex
Vznik kolíznych domén – veľmi dôležitý pojem a veľmi zložitý problém.

153. Ethernet
Postupným vývojom prechod na 100 Mbps pri použití Twisted pair kábla. V strede hviezdicovej topológie switch.
Switch už rozdeľuje kolízne domény.
Switch môže spracúvať framy v troch základných režimoch:
– Cut through
- Store and forward
- Fragment free

154. Fyzická vrstva - médiá
10Base-5: „hrubý koax“, 500 m, 100 uzlov/seg., len half-duplex
10Base-2: „tenký koax“, 185 m, 30 uzlov/seg., len half-duplex
10Base-T: twisted pair (2 páry), 100 m
10Base-FL: optické vlákno, 2000 m
100Base-TX: TP CAT-5, 2 páry, 100 m
100Base-T4: TP CAT-3, 4 páry, 100 m, len half duplex
100Base-FX: FO, 412 m (half duplex), 2000 m (full duplex)
1000Base-CX: tienený TP, 25 m, len full duplex
1000Base-SX: FO, 550 m, len full duplex
1000Base-LX: FO, 5 km, len full duplex
1000Base-T: TP CAT-5, 4 páry, 100 m, len full duplex
10GBase-...: len optické vlákna, len full duplex

155. Fyzická vrstva - kódovanie Manchester Encoding
používa sa v pôvodnom (10 Mb/s) systéme 802.3

156. Formát rámca (a) DIX Ethernet (b) IEEE 802.3
adresy: každá sieťová karta má výrobcom definovanú adresu, celosvetovo jedinečnú
na sieti všetky sieťové karty prijímajú každý rámec a uchová ho tá, ktorá má zodpovedajúcu sieťovú adresu
adresy sa často udávajú v tvare xx:xx:xx:xx:xx:xx (napr. 12:34:56:78:9A:BC)
kontrolný súčet: rámce, ktoré ho malý zlý, sú „zahodené“
Preamble/SOF =
Type = protokol 3. vrstvy
Adresy:
začínajúce 0 – unicast
začínajúce 1 – multicast
špeciálny prípad: FFFF...FF – broadcast
minimálna veľkosť rámca (bez preamble): 64 bytov

157. Interframe spacing and backoff
The actual calculated slot time is just longer than the theoretical amount of time required to travel between the furthest points of the collision domain, collide with another transmission at the last possible instant, and then have the collision fragments return to the sending station and be detected.
For the system to work the first station must learn about the collision before it finishes sending the smallest legal frame size.
To allow 1000-Mbps Ethernet to operate in half duplex the extension field was added when sending small frames purely to keep the transmitter busy long enough for a collision fragment to return.

158. Interframe spacing and backoff
After a frame has been sent, all stations on a 10-Mbps Ethernet are required to wait a minimum of 96 bit-times (9.6 microseconds) before any station may legally transmit the next frame.
On faster versions of Ethernet the spacing remains the same, 96 bit-times, but the time required for that interval grows correspondingly shorter.
This interval is referred to as the spacing gap.
The gap is intended to allow slow stations time to process the previous frame and prepare for the next frame.

159. Prepájacie prvky repeatre – regenerujú a opakujú prijatý signál
spolu s pripojenými stanicami tvoria jednu kolíznu doménu
switche (bridge) – prijmú rámec a pošlú ho ďalej (s uložením v buffri, ak je to potrebné)
učia sa automaticky
topológia bez cyklov
sieť pozostávajúca len zo switchov, repeatrov a staníc tvorí jednu broadcastovú doménu
v plne switchovanej sieti kde sú všetky linky typu bod-bod, odpadá potreba CSMA/CD
routre – vec 3. vrstvy

160. Protokoly ARP a RARP

161. Obsah
Funkcia ARP
Paket protokolu ARP
ARP Cache
RARP
Proxy ARP

162. Funkcia ARP ARP (Address Resolution Protocol)
Zisťuje fyzickú adresu cieľovej stanice pričom poznáme jej IP-adresu.
Vysiela žiadosť s prosbou o nájdenie fyzickej adresy.
Stanica, ktorej sa žiadosť týka, dostane túto žiadosť a vyšle odpoveď so svojou fyzickou adresou.

163. IP1
MAC1
Žiadosť
IP2
MAC2
IP1
MAC1
Odpoveď
IP2
MAC2

164. Paket protokolu ARP
Typ
link.
sieť. HS PS OP
Odosielat.
fyz. adresa
IP adresa
Prijemcova
Typ linkového protokolu (pre Ether. II vyhradené číslo 1)
Typ sieťového protokolu (pre Ethernet II vyhradené číslo 80016)
HS – dĺžka linkovej adresy
PS – dĺžka sieťovej adresy
OP – operácia
ARP žiadosť – hodnota 1
ARP odpoveď – hodnota 2
RARP žiadosť – hodnota 3
RARP odpoveď – hodnota 4

165. ARP Cache
Pracovná pamäť, do ktorej systém automaticky uloží fyzickú adresu ku každej IP adrese.
Zobrazenie ARP Cache príkazom: arp –a
Vloženie statickej položky: arp –s a0-f1-ff-08
Vymazanie položky: arp –d
Príklad výpisu ARP Cache príkazom: arp -a

166. ARP Cache Položky sú v ARP Cache zapísané
Staticky – zapísané explicitne príkazom arp. Ostávajú v pamäti stále. Periodicky sa musia aktualizovať.
Dynamicky – zapisujú sa automaticky pomocou ARP mechanizmu. Ich doba života je nastavená jadrom OS (približne 20 min.).

167. RARP Reverzný ARP Slúži k prekladu fyzickej (MAC) adresy na IP adresu
Používa rovnaký formát paketu ako ARP
Zmysel protokolu je u bezdiskových staníc
V praxi sa takmer nepoužíva, nahradil ho protokol DHCP.

168. Proxy ARP
Táto možnosť nastáva, ak máme 2 LAN siete oddelené smerovačom.
Smerovač je nakonfigoravaný ako Proxy ARP.
Pri žiadosti smerovač vráti svoju fyzickú adresu.
IP2
IP1
MAC1
podsieť
Proxy ARP smerovač
MAC2
žiadosť

169. Úvod
Ethernet II.

170. Ciele
Pokračovanie príkladu sieťových technológií

171. Ethernet II.

172. proces zapúzdrenia 2. vrstvy; dátová jednotka – rámec;
Vytváranie rámcov
proces zapúzdrenia 2. vrstvy;
dátová jednotka – rámec;
zložený zo skupín bitov = pole;
typy polí:
štartovacie rámcové pole, pole adresy,
dĺžka / typ poľa, pole s údajmi,
pole Frame Check Sequence (FCS);
špecifické polia: dĺžka rámca, typ poľa (špecifikácia protokolu 3. vrstvy);
pomenované informácie:
meno zdrojového uzla; zdrojová MAC adresa;
meno cieľového uzla; cieľová MAC adresa;

173. Ethernet (IEEE 802.3) P R E A M B U L oddeľovač Cieľová MAC adresa
Zdrojová
Dĺžka
typ
Údaje
PAD F C S

174. Popís rámca
preambula – striedanie jednotiek a núl, ktoré sa používa na synchronizáciu v sieťach Ethernet s rýchlosťou 10 Mbps a menej. Rýchlejšie siete ich nepotrebujú;
oddeľovač (Start Frame Delimiter) – označuje začiatok samotného rámca, jeho hodnota je postupnosť bitov ;
cieľová MAC adresa – môže byť typu unicast, multicast, broadcast;
zdrojová MAC adresa – typ unicast;

175. Typy adries unicast - adresa jedného konkrétneho zariadenia
multicast - adresa určitej skupiny zariadení
broadcast – adresa, ktorú musia prijať všetky zariadenia v sieti;

176. Popís rámca
pole dĺžka / typ – dĺžka rámca sa uvádza, ak je jeho hodnota v šestnástkovej sústave menšia ako 0x0600. V tomto prípade protokol na prenos údajov určuje podvrstva LLC. Inak sa uvádza typ protokolu, ktorý sa nachádza na vyššej vrstve a ten prijíma údaje;
pole údaje príp. pad – nešpecifikované údaje (pad) sa pridajú v prípade, že dĺžka prenášaného rámca je menšia ako minimálna dĺžka rámca, ktorý sa dá preniesť Ethernetom. Ethernet podporuje dĺžku rámca v rozmedzí 64 až 1518 oktetov;
FCS – hodnota kontrolného súčtu. Zvyčajne sa udáva hodnota CRC.

177. FCS CRC (Cyclic Redundancy Check) – prepočet údajov;
dvojdimenzionálna parita – pre každý riadok a pre každý stĺpec matice s hodnotami 0 a 1 sa pridá jeden kontrolný bajt, ktorý udáva, či je počet jednotiek v ňom párny (0) alebo nepárny (1). Do rohu sa ešte umiestni jeden bajt, ktorý overuje párnosť jednotiek v celej matici.
zdroj – určí kontrolné číslo na základe údajov v rámci;
pridá sa na koniec rámca;
cieľ – prepočíta FCS a porovná sa s číslom FCS v rámci;
rôzne = chyba – zničenie rámca;
zhodné = úspešný prenos;
zdroj o chybe nevie – nanovo posielajú spojovo-orientované protokoly vyšších vrstiev (TCP)

178. Technológie 2 vrstvy FDDI Token Ring Ethernet
logická topológia - zbernica;
fyzická topológia – hviezda alebo rozšírená hviezda;

179. CSMA/CD I (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
využívajú aj nedeterministické MAC protokoly (zbernicová topológia);
sieťové karty „počúvajú“ či sa sieťou šíri signál;
nie – nastane vysielanie údajov
kolízia - súčasne vysielajú 2 stanice - prerušenie šírenia signálu;
jam signál (zvyčajne striedanie 0 a 1) - rozšíri správu o kolízii po celej sieti;
(vyslaný signál < > signál na zbernici) = zariadenia sa dozvedia o kolízii;
maximálne 16 krát sa opakuje prenos, inak vygeneruje chybu, ktorú oznámi sieťovej vrstve.

180. CSMA/CD II - backoff alg.
spustí sa, keď všetky stanice budú upovedomené o kolízii;
posielanie rámcov sa zastaví;
všetky stanice (rovnaká doba čakania na vyslanie ďalšieho rámca) = väčšia pravdepodobnosť vzniku kolízie;
Riešenie:
backoff vygeneruje každej stanici náhodný čas prístupu k médiu;
priorita vysielania - stanice, ktorých signál nebol v kolízii;

181. CSMA/CD III ochrana pred kolíziou: možné, že prekročenie zaťaženia;
stanica, ktorá chce vysielať, sa dozvie o kolízii v sieti skôr, ako pošle celý rámec minimálnej veľkosti.
možné, že prekročenie zaťaženia;
jeho dôsledok:
rýchlosť siete sa výrazne zníži;
počet kolízií sa zvýši.

182. Synchronizácia stanica pošle najprv preambulu
údaje potrebné k časovej synchronizácii
potom posiela zvyšné časti rámca
MAC adresy komunikujúcich zariadení
informácie z hlavičky rámca
údaje
kontrolný súčet
Ethernet < 10 Mpbs = asynchrónny
všetky stanice, ktoré prijímajú signál použijú 8 oktetov na časovanie (synchronizácia prichádzajúcich údajov)
Ethernet >= 100 Mbps = synchrónny
nevyžaduje časovacie informácie,
postačuje im len preambula a SFD.

183. Slot time dôležitý parameter poloduplexného Ethernetu;
vypočíta sa vzhľadom na maximálnu vzdialenosť, ktorú možno dosiahnuť v čo najväčšej možnej sieťovej architektúre;
minimálny čas prenosu celého rámca musí byť menší ako jeden slot time (ľahšie odhalenie kolízie);
oznámenie o kolízii sa šíri rôznou rýchlosťou (v závislosti od siete;
čas na oboznámenie kolízie všetkým staniciam v sieti musí byť menší ako jeden slot time;

184. Bit time – slot time bit time = čas potrebný na prenos jedného bitu;
10 a 100 Mbps Ethernet bit times (64 oktetov);
1000 Mbps Ethernet bit times (512 oktetov);
rýchlejšie technológie - čas je podstatne kratší;

185. Oneskorenie delay latencia
čas potrebný na šírenie signálu medzi dvoma najvzdialenejšími stanicami v sieti;
latencia
oneskorenie, ktoré vzniká od momentu, keď prvé bity rámca opúšťajú vysielajúcu stanicu až po čas, keď prvá časť rámca dôjde k cieľovému zariadeniu;
charakteristická napr. aj pre repeater
delay + latencia – faktory ovplyvňujúce vznik kolízií;

186. Medzirámcova medzera
najmenší časový interval medzi dvoma nekolidujúcimi rámcami (rozostup rámcov);
od posledného bitu poľa FCS prvého rámca po prvý bit preambuly druhého rámca;
10 Mbps - 96 bit times (9,6 mikrosekúnd);
rýchlejší Eth - oveľa menší čas;
hodnota sa nemení, čo umožňuje posielanie rámcov aj pomalším staniciam;
pomalá synchronizácia - môže dôjsť ku strate bitov preambuly (repeater obnovuje celých 64 bitov časovacích informácii prvého poľa rámca)

187. Možné problémy
chyby v ethernetových sieťach - najčastejšie počas kolízií;
kolízia znižuje prenosový výkon siete, čím vzniká prenosové oneskorenie ;
vplýva na celú sieť;
znižuje priechodnosť siete;
kolízie, ku ktorým dôjde pred prenosom SFD, sa oznamujú vyšším vrstvám len zriedkavo;

188. Jam signal slúži na propagáciu chyby v sieti;
vysielajúca stanica pošle 32-bitový jam signál hneď po zistení chyby;
zosilní kolíziu;
prenos práve vysielaných údajov sa úplne preruší;
umožní staniciam v čo najkratšom čase detekovať kolíziu;

189. Kolízie I. jednoduchá viacnásobná lokálna
nastane ešte pred poslaním rámca;
najbližší pokus o doručenie rámca bude úspešný;
viacnásobná
opakovane neúspešné posielanie toho istého rámca;
lokálna
v koaxiálne káble
k zrážke signálov dôjde na spoločnom médiu;
dôjde k prekrytiu vĺn, niektoré časti signálu sa vzájomne vyrovnajú, iné sa zosilnia alebo zdvoja;
zdvojený signál má väčšie napätie ako je povolená hranica, čo sa prejaví ako kolízia;
UTP káble
stanica prijíma signál na Rx v rovnakom čase ako vysiela na Tx.;
kolízia sa zistí len v poloduplexnom prenose.

190. Kolizie II. vzdialená neskorá pri rámcoch kratších ako minimálna dĺžka
kontrolný súčet je nesprávny
neprejavujú sa znaky prekročenia maximálneho napätia a ani súčasný prenos na krútených pároch.
dochádza k nim na vzdialených stranách pripojenia cez repeater (prenesie len povolenú výšku napätia, nepovolí ani súčasný prenos na Rx a Tx);
neskorá
po poslaní prvých 64 oktetov;
ak by ku kolízii došlo skôr, sieťová karta je schopná opäť poslať poškodený rámec;

191. Zdroje chýb I. dlhý rámec duch FCS chyba v zarovnávaní (alignment)
rámec je dlhší ako je najväčšia povolená hodnota;
duch
šum, ktorý vzniká v kábli, vytvorí samostatný rámec s neplatným SFD;
FCS
kontrolné súčty vysielajúcej a prijímajúcej stanice sa nezhodujú;
kedy?: poškodená sieťová karta, softvér ovládačov, nesprávne nainštalovaný kabelážny systém, chybný port na hube, šum v kábloch;
chyba v zarovnávaní (alignment)
strata niekoľkých bitov rámca ( zvyčajne z konca);
napr. chýba kontrolný súčet;
kedy,? chybný softvér ovládačov alebo pri kolíziách;

192. Zdroje chýb II. jabber krátky rámec neskorá kolízia; out of range
prenos jedného rámca trvá minimálne 20 000 až 50 000 bit times;
krátky rámec
rámec je menší ako je najmenšia povolená hodnota (64 oktetov), ale kontrolný súčet je správny;
neskorá kolízia;
out of range
dĺžka rámca, uvedená v príslušnom poli rámca, presahuje prípustnú hodnotu;
range
v rámci je uvedená správna hodnota dĺžky pôvodného rámca;
skutočná veľkosť posielaného rámca je menšia, t.j. počas prenosu došlo k strate niekoľkých bitov až oktetov;
runt
posielanie rámcov s veľkosťou o niečo menšou ako je najmenšia povolená hodnota

193. Auto-negociacia I.
umožňuje komunikáciu technológií Ethernetu s rôznymi rýchlosťami prenosu;
rozhrania pomocou funkcie auto-negotiation automaticky zmenia svoju konfiguráciu
neprebehne ak jedno rozhranie pracuje s optickými signálmi a druhé s elektronickými;
dôvod: náročná zmena v konfigurácii portov;

194. Auto-negociacia II.
najskôr sa vyšle testovací signál, spojový pulz, ktorým zistia možnosti prenosu svojho komunikačného partnera;
nastavia najväčšiu možnú rýchlosť prenosu, prípadne zmenia aj komunikačný mód (na poloduplexný alebo plne duplexný);
pri prerušení komunikácie sa preruší aj spojenie medzi stanicami;
obe strany prenosu sa pokúsia o opätovné spojenie na poslednej dohodnutej rýchlosti;
pri zlyhaní alebo dlhodobom prerušení spojenia - dohoda o najvyššej možnej rýchlosti prenosu začne od začiatku;