Ethernet Ethernet
Strukturovaná kabelážStrukturovaná kabeláž
Informační technologie - praxeInformační technologie - praxe
SPŠE V úžlabiněSPŠE V úžlabině
Jan Klepal, Radka MüllerováJan Klepal, Radka Müllerová
Verze 4
ObsahObsah
EthernetEthernet Sdílené médiumSdílené médium CSMACSMA/CD/CD Kroucená dvojlinkaKroucená dvojlinka
Strukturovaná kabelážStrukturovaná kabeláž Vznik a normyVznik a normy RozvodyRozvody KategorieKategorie Spojovací hardwareSpojovací hardware Měření parametrů a certifikaceMěření parametrů a certifikace
EthernetEthernet
Ethernet je dnes Ethernet je dnes nejpoužívanější technologie LAN sítínejpoužívanější technologie LAN sítíByl standardizován v roce 1983 jako Byl standardizován v roce 1983 jako IEEE 802.3IEEE 802.3..Původně byl realizován tlustým koaxiálním kabelem – Původně byl realizován tlustým koaxiálním kabelem – 10Base-10Base-55 (10Mbit, 5 (10Mbit, 50000m).m).V roce 1985 následoval standard 802.3a, tenký koaxiální V roce 1985 následoval standard 802.3a, tenký koaxiální kabel – kabel – 10Base-10Base-22 (10Mbit, (10Mbit, 185185m). m). Protože standardy využívali Protože standardy využívali sdílené přenosové médiumsdílené přenosové médium, , byla vytvořena přístupová metoda byla vytvořena přístupová metoda CSMACSMA/CD/CD (Carrier (Carrier Sense Multiple Access/Collision detection)Sense Multiple Access/Collision detection)Díky zvolené přístupové metodě byl možný pouze Díky zvolené přístupové metodě byl možný pouze Half-Half-duplexní přenosduplexní přenos..Část sítě ve které jsou počítače připojeny ke Část sítě ve které jsou počítače připojeny ke společnému koaxiálnímu kabelu se nazývá společnému koaxiálnímu kabelu se nazývá segmentsegment..
CSMACSMA/CD/CD
Metoda přístupu k médiu funguje následovně:Metoda přístupu k médiu funguje následovně: Rámec je připraven k odesláníRámec je připraven k odeslání Je médium volné? V případě že ne, čeká se na skončení Je médium volné? V případě že ne, čeká se na skončení
probíhajícího přenosuprobíhajícího přenosu.. Jestliže nastala během přenosu rámce kolize:Jestliže nastala během přenosu rámce kolize:
Pokračuje se s přenosem tak dlouho, než signál dostane k nejzazší Pokračuje se s přenosem tak dlouho, než signál dostane k nejzazší stanici (maximální délka kabelu)stanici (maximální délka kabelu)Jsou-li vyčerpány pokusy o znovu-zaslání rámce je přenos zrušenJsou-li vyčerpány pokusy o znovu-zaslání rámce je přenos zrušenČeká se po náhodně zvolenou dobu a poté začíná celý algoritmus Čeká se po náhodně zvolenou dobu a poté začíná celý algoritmus znovuznovu
Přenos je považován za úspěšný.Přenos je považován za úspěšný.
Adresování počítačů zajišťují Adresování počítačů zajišťují MAC adresyMAC adresy (48-bitové (48-bitové číslo, zapsané hexadecimálně: 01:23:45:67:89:AB)číslo, zapsané hexadecimálně: 01:23:45:67:89:AB)
Přechod na kroucenou dvojlinkuPřechod na kroucenou dvojlinku
Nevýhody koaxiálního Ethernetu:Nevýhody koaxiálního Ethernetu: Je-li kabel přerušen je znemožněna komunikace všem Je-li kabel přerušen je znemožněna komunikace všem
připojeným počítačům (síťovým zařízením)připojeným počítačům (síťovým zařízením) S rostoucím počtem počítačů roste i četnost kolizíS rostoucím počtem počítačů roste i četnost kolizí Je velice jednoduché odposlouchávat síťový provozJe velice jednoduché odposlouchávat síťový provoz
Proto se přistoupilo ke změně přenosového média ze Proto se přistoupilo ke změně přenosového média ze sběrnicové na sběrnicové na hvězdicovouhvězdicovou realizovanou realizovanou kroucenou kroucenou dvojlinkou (Twisted Pair)dvojlinkou (Twisted Pair)
Vznikl standard Vznikl standard 10Base-T10Base-T (10Mbit, 100m) (10Mbit, 100m) Síť obsahuje centrální prvek HUB, ze kterého vede ke každému Síť obsahuje centrální prvek HUB, ze kterého vede ke každému
počítači síťový kabelpočítači síťový kabel HUB pouze zesiluje a tvaruje signálHUB pouze zesiluje a tvaruje signál, neprovádí žádné operace , neprovádí žádné operace
nad přenášenými rámcinad přenášenými rámci
HUBy a SwitcheHUBy a Switche
Změna sběrnice vyřešila problém s přerušením kabelu, Změna sběrnice vyřešila problém s přerušením kabelu, ale především umožnila nasazení ale především umožnila nasazení SwitchůSwitchůSwitche přináší tyto výhody:Switche přináší tyto výhody:
Zmenšují kolizní doménu, protože na kabelu je pouze switch a Zmenšují kolizní doménu, protože na kabelu je pouze switch a počítač (počítač (mikrosegmentacemikrosegmentace).).
Předávají (přepínají) rámce pouze na port, ke kterému je Předávají (přepínají) rámce pouze na port, ke kterému je připojený počítač na základě MAC adresy.připojený počítač na základě MAC adresy.
Není nutná žádná konfigurace. Switch si sám vytvoří tabulku Není nutná žádná konfigurace. Switch si sám vytvoří tabulku MAC adres a portů.MAC adres a portů.
Metody předávání rámců (Forwarding Methods)Metody předávání rámců (Forwarding Methods) Store and forwardStore and forward – celý rámec je přijat a uložen do paměti, – celý rámec je přijat a uložen do paměti,
zkontrolován CRC součet a poté odeslánzkontrolován CRC součet a poté odeslán Cut throughCut through – po přijmutí cílové MAC adresy se rámec ihned – po přijmutí cílové MAC adresy se rámec ihned
odesílá odesílá Fragment freeFragment free – zabrání kolizím ze strany switche – zabrání kolizím ze strany switche
Proč strukturovaná kabeláž?Proč strukturovaná kabeláž?
Aby to nedopadlo takto…
Strukturovaná kabelážStrukturovaná kabeláž
Strukturovaná kabeláž vznikla na základě telefonních rozvodů (4-Strukturovaná kabeláž vznikla na základě telefonních rozvodů (4-párový 100ohm kabel)párový 100ohm kabel)Podporuje Podporuje přenos digitálních i analogových signálůpřenos digitálních i analogových signálů (tj. přenos dat, (tj. přenos dat, hlasu, signálů zabezpečovacích zařízeníhlasu, signálů zabezpečovacích zařízení atd. atd.))Přípojné body jsou i tam, kde nejsou momentálně potřeba (cena Přípojné body jsou i tam, kde nejsou momentálně potřeba (cena kabelů a zásuvek je nižší než stavebních prací v budoucnu)kabelů a zásuvek je nižší než stavebních prací v budoucnu)Dlouhá životnost (5 až 10 let)Dlouhá životnost (5 až 10 let)Koaxiální rozvody nejsou součástí standardů strukturované Koaxiální rozvody nejsou součástí standardů strukturované kabelážekabelážeExistuje několik norem:Existuje několik norem:
ANSI/EIA/TIA 586 – Standard platný v AmericeANSI/EIA/TIA 586 – Standard platný v Americe CENELEC EN 50173 – Standard platný v EvropěCENELEC EN 50173 – Standard platný v Evropě ISO/IEC 11801 – Celosvětově platný standardISO/IEC 11801 – Celosvětově platný standard
Pro Českou republiku je závazná norma Pro Českou republiku je závazná norma EN 50173EN 50173
Strukturovaná kabelážStrukturovaná kabeláž
Norma ISO11801 definuje strukturovanou kabeláž takto:Norma ISO11801 definuje strukturovanou kabeláž takto: Campus DistributorCampus Distributor Páteřní rozvaděč Páteřní rozvaděč Building DistributorBuilding Distributor Hlavní rozvaděč objektu Hlavní rozvaděč objektu Floor DistributorFloor Distributor Podlažní rozvaděč Podlažní rozvaděč Telecommunications OutletTelecommunications Outlet Telekomunikační zásuvka Telekomunikační zásuvka Work AreaWork Area Pracovní místo Pracovní místo
EIA/TIA 568A:EIA/TIA 568A: Main X ConnectMain X Connect HlavnHlavní propojovací místoí propojovací místo Intermediate X ConnectIntermediate X Connect Mezilehlé propojovací místoMezilehlé propojovací místo Horizontal X ConnectHorizontal X Connect Horzontální propojovací místoHorzontální propojovací místo Consolidation PointConsolidation Point Konsolidační bodKonsolidační bod Telecommunications Outlet Telecommunications Outlet Telekomunikační zásuvkaTelekomunikační zásuvka
Strukturovaná kabelážStrukturovaná kabelážTelecommunications outlet(Telekomunikační zásuvka)
Campus Distributor(Páteřní rozvaděč)
Building Distributor(Hlavní rozvaděč objektu)
Floor Distributor(Podlažní rozvaděč)
Rozvod strukturované kabelážeRozvod strukturované kabelážeHorizontální kabeláž
(vždy drát!)Patch panel
Patch kabel(většinou lanko)
Telekomunikační zásuvka
Channel a Permanent linkChannel a Permanent link
ChannelChannel (kanál) (kanál) Mezi dvěma síťovými zařízenímiMezi dvěma síťovými zařízeními Maximální délka 100mMaximální délka 100m
Permanent linkPermanent link (stálý spoj) (stálý spoj) Ze zásuvky do patch paneluZe zásuvky do patch panelu Maximální délka 90mMaximální délka 90m Měří se při certifikaci kabelážeMěří se při certifikaci kabeláže
Kategorie strukturované kabelážeKategorie strukturované kabeláže
Podle šířky pásma jsou definovány kategorie Podle šířky pásma jsou definovány kategorie strukturované kabeláže:strukturované kabeláže: Cat. 3 – 16MHz (10Mbit)Cat. 3 – 16MHz (10Mbit) Cat. 5 – 100MHz (100Mbit)Cat. 5 – 100MHz (100Mbit) Cat. 5e – 100MHz (100Mbit a 1Gbit 4 páry)Cat. 5e – 100MHz (100Mbit a 1Gbit 4 páry) Cat. 6 – 200MHz (1Gbit 2 páry)Cat. 6 – 200MHz (1Gbit 2 páry) Cat. 6a – 500MHz (10Gbit)Cat. 6a – 500MHz (10Gbit) Cat. 7 – 600MHz (10Gbit)Cat. 7 – 600MHz (10Gbit) Cat. 7a – 1000MHzCat. 7a – 1000MHz
Dnes je nejpoužívanější kategorie 5e.Dnes je nejpoužívanější kategorie 5e.Příslušné kategorii musí odpovídat nejen kabel, Příslušné kategorii musí odpovídat nejen kabel, ale i telekomunikační zásuvky a patch panely.ale i telekomunikační zásuvky a patch panely.
Používané kabelyPoužívané kabely
Twisted Pair (kroucená dvojlinka) – kabel se 4 Twisted Pair (kroucená dvojlinka) – kabel se 4 páry vodičůpáry vodičů UTPUTP (Unshielded TP) – nestíněný kabel (Unshielded TP) – nestíněný kabel STP (Shielded TP) – každý pár stíněn zvlášťSTP (Shielded TP) – každý pár stíněn zvlášť FTP (Foiled TP) – celý kabel je stíněnFTP (Foiled TP) – celý kabel je stíněn SSTP/ScTP (Screened STP) – každý pár je stíněn SSTP/ScTP (Screened STP) – každý pár je stíněn
zvlášť a zároveň celý kabel je stíněnzvlášť a zároveň celý kabel je stíněn
Fiber Optics (optické kabely) – kabel se dvěmi Fiber Optics (optické kabely) – kabel se dvěmi nebo více vlákny (2 vlákna pro jeden spoj)nebo více vlákny (2 vlákna pro jeden spoj) MultimodeMultimode – vzdálenosti do 2 km – vzdálenosti do 2 km SinglemodeSinglemode – vzdálenosti nad 2 km – vzdálenosti nad 2 km
Metalické kabely (Twisted Pair)Metalické kabely (Twisted Pair)
SSTPUTP
Optické kabely (Fiber Optics)Optické kabely (Fiber Optics)
Single a multi mode FOSingle a multi mode FO
Single-modeSingle-modeCore (jádro): 9 Core (jádro): 9 μμmmCladding (plášť): 125 Cladding (plášť): 125 μμmm
Multi-modeMulti-modeCore (jádro): 50 Core (jádro): 50 μμm případně 62,5 m případně 62,5 μμmmCladding (plášť): 125 Cladding (plášť): 125 μμmm
Konektory RJ-45Konektory RJ-45
Na drát Na lanko
Optické konektoryOptické konektory
SCSC MTRJMTRJ
STST LCLC
Telekomunikační zásuvkyTelekomunikační zásuvky
Patch panelyPatch panely
Zapojení RJ-45 konektorůZapojení RJ-45 konektorů
Ethernet 10/100Base-T Ethernet 1000Base-T
Koncovézařízení
Switch(HUB)
Oběstrany
Zapojení patch kabelůZapojení patch kabelů
Straight Through Straight Through (rovný kabel)(rovný kabel)
CrossoverCrossover(křížený kabel) (křížený kabel)
Měřené parametryMěřené parametrystrukturované kabelážestrukturované kabeláže
NEXTNEXT (Near End X Talk) – přeslech na blízkém konci (Near End X Talk) – přeslech na blízkém konci Měří se přeslech z jednoho páru na jiný, tj. jak elektromagnetické pole Měří se přeslech z jednoho páru na jiný, tj. jak elektromagnetické pole
generované jedním párem ovlivňuje signál v jiném párugenerované jedním párem ovlivňuje signál v jiném páru Měří se kombinace všech párůMěří se kombinace všech párů Nejčastěji je způsobován příliš velkým rozpletem na konci páruNejčastěji je způsobován příliš velkým rozpletem na konci páru
AttenuationAttenuation – útlum na vedení – útlum na vedení Měří se útlum signálu způsobený odporem vodičeMěří se útlum signálu způsobený odporem vodiče Licna může mít až o polovinu větší útlum než drátLicna může mít až o polovinu větší útlum než drát
ACRACR (Attenuation to Cross Talk Ratio) – odstup přeslechu na (Attenuation to Cross Talk Ratio) – odstup přeslechu na blízkém konciblízkém konci
Neměří se, ale vypočítá se z NEXT a AttenuationNeměří se, ale vypočítá se z NEXT a Attenuation ACR ACR [dB] [dB] = NEXT= NEXT [dB] [dB] – A – A [dB][dB] Minimální požadovaný odstup je 10dBMinimální požadovaný odstup je 10dB Je-li útlum roven nebo vyšší než přeslech je signál „přehlušen“ Je-li útlum roven nebo vyšší než přeslech je signál „přehlušen“
přeslechem z jiného páru.přeslechem z jiného páru.
ACR ACR [dB] [dB] = NEXT= NEXT [dB] [dB] – A – A [dB][dB]
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 20 40 60 80 100
Frekvence [MHz]
dB
min. 10dB
NEXT [dB]
Attenuation [dB/100m]
ACR [dB/100m]
Měřené parametryMěřené parametrystrukturované kabelážestrukturované kabeláže
LengthLength – délka kabelu – délka kabelu Je měřena doba za kterou signál projde kabelem a odrazí se zpět do Je měřena doba za kterou signál projde kabelem a odrazí se zpět do
měřícího přístrojeměřícího přístroje Jedná se o skutečnou délku vodiče (Electrical Length) ne délku Jedná se o skutečnou délku vodiče (Electrical Length) ne délku
odmotaného kabelu (Physical Length)odmotaného kabelu (Physical Length) Pro měření je nutné do přístroje zadat NVP (Nominal Velocity of Pro měření je nutné do přístroje zadat NVP (Nominal Velocity of
Propagation), což je poměr mezi rychlostí šíření el. signálu v kabelu a Propagation), což je poměr mezi rychlostí šíření el. signálu v kabelu a rychlostí světla ve vakuu (bývá v rozmezí 60 až 90rychlostí světla ve vakuu (bývá v rozmezí 60 až 90%%).).
Wire MapWire Map – zapojení vodičů ve svorkovnici – zapojení vodičů ve svorkovnici Kontroluje správnost zapojení jednotlivých vodičů a párů ve svorkovniciKontroluje správnost zapojení jednotlivých vodičů a párů ve svorkovnici Také kontroluje průchodnost signálu (není-li vodič v kabelu přerušen)Také kontroluje průchodnost signálu (není-li vodič v kabelu přerušen) Rozeznává tyto chyby:Rozeznává tyto chyby:
ReversedReversed – V páru jsou na jednom konci prohozeny vodiče – V páru jsou na jednom konci prohozeny vodičeCrossedCrossed – Je přehozen celý pár (při měření crossover patch kabelu – Je přehozen celý pár (při měření crossover patch kabelu signalizuje crossed 1-2 a 3-6)signalizuje crossed 1-2 a 3-6)SplitSplit – na obou koncích kabelu je stejně prohozen jeden vodič mezi páry – na obou koncích kabelu je stejně prohozen jeden vodič mezi páryShortedShorted – vodiče jsou zkratovány – vodiče jsou zkratovány
Chyby v zapojení (WireMap)Chyby v zapojení (WireMap)
Měřené parametryMěřené parametrystrukturované kabeláže Cat.5e a 6strukturované kabeláže Cat.5e a 6
FEXTFEXT (Far End X Talk) – přeslech na vzdáleném konci (Far End X Talk) – přeslech na vzdáleném konci Obdobný jako NEXT, ale měří se přeslech na vzdáleném konci Obdobný jako NEXT, ale měří se přeslech na vzdáleném konci
kabelukabelu
ELFEXTELFEXT (Equal Level FEXT) – odstup přeslechu na (Equal Level FEXT) – odstup přeslechu na vzdáleném koncivzdáleném konci
Neměří se, ale vypočítává se jako ACRNeměří se, ale vypočítává se jako ACR ELFEXT ELFEXT [dB] = FEXT [dB] – A [dB][dB] = FEXT [dB] – A [dB]
PSNEXTPSNEXT (Power Sum NEXT) a (Power Sum NEXT) a PSFEXTPSFEXT (Power Sum (Power Sum FEXT) – FEXT) – výkonový součetvýkonový součet
Neměří se, ale vypočítávají se na základě přeslechů ze třech Neměří se, ale vypočítávají se na základě přeslechů ze třech párů na jedenpárů na jeden
Důležitý parametr pro protokoly využívající všechny páry pro Důležitý parametr pro protokoly využívající všechny páry pro datový přenos (Gigabitový Ethernet na Cat.5e)datový přenos (Gigabitový Ethernet na Cat.5e)
FEXT, PSNEXT a PSFEXTFEXT, PSNEXT a PSFEXT
Měřené parametryMěřené parametrystrukturované kabeláže Cat.5e a 6strukturované kabeláže Cat.5e a 6
Return LossReturn Loss – zpětný odraz – zpětný odraz Je to odraz signálu způsobený různou impedancí (ať už špatnou Je to odraz signálu způsobený různou impedancí (ať už špatnou
kvalitou mědi ve vodiči nebo přechody na zásuvkách a patch kvalitou mědi ve vodiči nebo přechody na zásuvkách a patch panelech)panelech)
Propagation Delay Propagation Delay - zpoždění signálu při přenosu - zpoždění signálu při přenosu Čas za který signál dorazí z jednoho konce kabelu na druhýČas za který signál dorazí z jednoho konce kabelu na druhý Typicky 5ns na 1m kabelu (Cat.5e)Typicky 5ns na 1m kabelu (Cat.5e) Maximálně 5,7ns/1m z důvodu maximálního zpoždění Maximálně 5,7ns/1m z důvodu maximálního zpoždění
povoleného na Ethernetovém segmentu tj. 570ns (max. délka povoleného na Ethernetovém segmentu tj. 570ns (max. délka kabelu 100m)kabelu 100m)
Delay SkewDelay Skew – rozdíl zpoždění – rozdíl zpoždění Jedná se o rozdíl zpoždění mezi jednotlivými páryJedná se o rozdíl zpoždění mezi jednotlivými páry Je způsobován rozdílnou délkou párů, případně odlišnou Je způsobován rozdílnou délkou párů, případně odlišnou
impedancíimpedancí
Delay SkewDelay Skew
Certifikace strukturované kabelážeCertifikace strukturované kabeláže
Aby mohla být kabeláž certifikována, je třeba splnit Aby mohla být kabeláž certifikována, je třeba splnit následující požadavky:následující požadavky:
Zásuvky a porty na patchpanelech musí být označeny.Zásuvky a porty na patchpanelech musí být označeny. Konce kabelů u zásuvek a patchpanelů musí být také označeny.Konce kabelů u zásuvek a patchpanelů musí být také označeny. Všechny měřené parametry musí být OK.Všechny měřené parametry musí být OK. Musí existovat Musí existovat plán rozvodů strukturované kabeláže včetně plán rozvodů strukturované kabeláže včetně
číslování zásuvek.číslování zásuvek. Jeden se předává zákazníkovi s protokolem Jeden se předává zákazníkovi s protokolem o měření parametrů a druhý se dává do racku pro síťové o měření parametrů a druhý se dává do racku pro síťové administrátory.administrátory.
Výrobci komponent strukturované kabeláže většinou Výrobci komponent strukturované kabeláže většinou poskytují rozšířenou záruku na certifikované rozvody poskytují rozšířenou záruku na certifikované rozvody strukturované kabeláže. Firma Solarix například 20 let.strukturované kabeláže. Firma Solarix například 20 let.
