Transcript 01 - Ethernet a strukturka

Ethernet
Strukturovaná kabeláž
Informační technologie - praxe
SPŠE V úžlabině
Jan Klepal, Radka Müllerová
Verze 4
Obsah
Ethernet



Sdílené médium
CSMA/CD
Kroucená dvojlinka
Strukturovaná kabeláž





Vznik a normy
Rozvody
Kategorie
Spojovací hardware
Měření parametrů a certifikace
Ethernet
Ethernet je dnes nejpoužívanější technologie LAN sítí
Byl standardizován v roce 1983 jako IEEE 802.3.
Původně byl realizován tlustým koaxiálním kabelem –
10Base-5 (10Mbit, 500m).
V roce 1985 následoval standard 802.3a, tenký koaxiální
kabel – 10Base-2 (10Mbit, 185m).
Protože standardy využívali sdílené přenosové médium,
byla vytvořena přístupová metoda CSMA/CD (Carrier
Sense Multiple Access/Collision detection)
Díky zvolené přístupové metodě byl možný pouze Halfduplexní přenos.
Část sítě ve které jsou počítače připojeny ke
společnému koaxiálnímu kabelu se nazývá segment.
CSMA/CD
Metoda přístupu k médiu funguje následovně:



Rámec je připraven k odeslání
Je médium volné? V případě že ne, čeká se na skončení
probíhajícího přenosu.
Jestliže nastala během přenosu rámce kolize:
Pokračuje se s přenosem tak dlouho, než signál dostane k nejzazší
stanici (maximální délka kabelu)
Jsou-li vyčerpány pokusy o znovu-zaslání rámce je přenos zrušen
Čeká se po náhodně zvolenou dobu a poté začíná celý algoritmus
znovu

Přenos je považován za úspěšný.
Adresování počítačů zajišťují MAC adresy (48-bitové
číslo, zapsané hexadecimálně: 01:23:45:67:89:AB)
Přechod na kroucenou dvojlinku
Nevýhody koaxiálního Ethernetu:



Je-li kabel přerušen je znemožněna komunikace všem
připojeným počítačům (síťovým zařízením)
S rostoucím počtem počítačů roste i četnost kolizí
Je velice jednoduché odposlouchávat síťový provoz
Proto se přistoupilo ke změně přenosového média ze
sběrnicové na hvězdicovou realizovanou kroucenou
dvojlinkou (Twisted Pair)



Vznikl standard 10Base-T (10Mbit, 100m)
Síť obsahuje centrální prvek HUB, ze kterého vede ke každému
počítači síťový kabel
HUB pouze zesiluje a tvaruje signál, neprovádí žádné operace
nad přenášenými rámci
HUBy a Switche
Změna sběrnice vyřešila problém s přerušením kabelu,
ale především umožnila nasazení Switchů
Switche přináší tyto výhody:



Zmenšují kolizní doménu, protože na kabelu je pouze switch a
počítač (mikrosegmentace).
Předávají (přepínají) rámce pouze na port, ke kterému je
připojený počítač na základě MAC adresy.
Není nutná žádná konfigurace. Switch si sám vytvoří tabulku
MAC adres a portů.
Metody předávání rámců (Forwarding Methods)



Store and forward – celý rámec je přijat a uložen do paměti,
zkontrolován CRC součet a poté odeslán
Cut through – po přijmutí cílové MAC adresy se rámec ihned
odesílá
Fragment free – zabrání kolizím ze strany switche
Proč strukturovaná kabeláž?
Aby to nedopadlo takto…
Strukturovaná kabeláž
Strukturovaná kabeláž vznikla na základě telefonních rozvodů (4párový 100ohm kabel)
Podporuje přenos digitálních i analogových signálů (tj. přenos dat,
hlasu, signálů zabezpečovacích zařízení atd.)
Přípojné body jsou i tam, kde nejsou momentálně potřeba (cena
kabelů a zásuvek je nižší než stavebních prací v budoucnu)
Dlouhá životnost (5 až 10 let)
Koaxiální rozvody nejsou součástí standardů strukturované
kabeláže
Existuje několik norem:



ANSI/EIA/TIA 586 – Standard platný v Americe
CENELEC EN 50173 – Standard platný v Evropě
ISO/IEC 11801 – Celosvětově platný standard
Pro Českou republiku je závazná norma EN 50173
Strukturovaná kabeláž
Norma ISO11801 definuje strukturovanou kabeláž takto:





Campus Distributor
Building Distributor
Floor Distributor
Telecommunications Outlet
Work Area
Páteřní rozvaděč
Hlavní rozvaděč objektu
Podlažní rozvaděč
Telekomunikační zásuvka
Pracovní místo
EIA/TIA 568A:





Main X Connect
Intermediate X Connect
Horizontal X Connect
Consolidation Point
Telecommunications Outlet
Hlavní propojovací místo
Mezilehlé propojovací místo
Horzontální propojovací místo
Konsolidační bod
Telekomunikační zásuvka
Strukturovaná kabeláž
Floor Distributor
(Podlažní rozvaděč)
Campus Distributor
(Páteřní rozvaděč)
Telecommunications outlet
(Telekomunikační zásuvka)
Building Distributor
(Hlavní rozvaděč objektu)
Rozvod strukturované kabeláže
Patch panel
Patch kabel
(většinou lanko)
Horizontální kabeláž
(vždy drát!)
Telekomunikační zásuvka
Channel a Permanent link
Channel (kanál)


Mezi dvěma síťovými zařízeními
Maximální délka 100m
Permanent link (stálý spoj)



Ze zásuvky do patch panelu
Maximální délka 90m
Měří se při certifikaci kabeláže
Kategorie strukturované kabeláže
Podle šířky pásma jsou definovány kategorie
strukturované kabeláže:







Cat. 3 – 16MHz (10Mbit)
Cat. 5 – 100MHz (100Mbit)
Cat. 5e – 100MHz (100Mbit a 1Gbit 4 páry)
Cat. 6 – 200MHz (1Gbit 2 páry)
Cat. 6a – 500MHz (10Gbit)
Cat. 7 – 600MHz (10Gbit)
Cat. 7a – 1000MHz
Dnes je nejpoužívanější kategorie 5e.
Příslušné kategorii musí odpovídat nejen kabel,
ale i telekomunikační zásuvky a patch panely.
Používané kabely
Twisted Pair (kroucená dvojlinka) – kabel se 4
páry vodičů




UTP (Unshielded TP) – nestíněný kabel
STP (Shielded TP) – každý pár stíněn zvlášť
FTP (Foiled TP) – celý kabel je stíněn
SSTP/ScTP (Screened STP) – každý pár je stíněn
zvlášť a zároveň celý kabel je stíněn
Fiber Optics (optické kabely) – kabel se dvěmi
nebo více vlákny (2 vlákna pro jeden spoj)


Multimode – vzdálenosti do 2 km
Singlemode – vzdálenosti nad 2 km
Metalické kabely (Twisted Pair)
UTP
SSTP
Optické kabely (Fiber Optics)
Single a multi mode FO
Single-mode
Core (jádro): 9 μm
Cladding (plášť): 125 μm
Multi-mode
Core (jádro): 50 μm případně 62,5 μm
Cladding (plášť): 125 μm
Konektory RJ-45
Na drát
Na lanko
Optické konektory
SC
MTRJ
ST
LC
Telekomunikační zásuvky
Patch panely
Zapojení RJ-45 konektorů
Ethernet 10/100Base-T
Koncové
zařízení
Switch
(HUB)
Ethernet 1000Base-T
Obě
strany
Zapojení patch kabelů
Straight Through
(rovný kabel)
Crossover
(křížený kabel)
Měřené parametry
strukturované kabeláže
NEXT (Near End X Talk) – přeslech na blízkém konci



Měří se přeslech z jednoho páru na jiný, tj. jak elektromagnetické pole
generované jedním párem ovlivňuje signál v jiném páru
Měří se kombinace všech párů
Nejčastěji je způsobován příliš velkým rozpletem na konci páru
Attenuation – útlum na vedení


Měří se útlum signálu způsobený odporem vodiče
Licna může mít až o polovinu větší útlum než drát
ACR (Attenuation to Cross Talk Ratio) – odstup přeslechu na
blízkém konci




Neměří se, ale vypočítá se z NEXT a Attenuation
ACR [dB] = NEXT [dB] – A [dB]
Minimální požadovaný odstup je 10dB
Je-li útlum roven nebo vyšší než přeslech je signál „přehlušen“
přeslechem z jiného páru.
ACR [dB] = NEXT [dB] – A [dB]
dB
90
80
70
NEXT [dB]
60
50
40
30
ACR [dB/100m]
min. 10dB
20
10
0
Attenuation [dB/100m]
0
20
40
60
Frekvence [MHz]
80
100
Měřené parametry
strukturované kabeláže
Length – délka kabelu



Je měřena doba za kterou signál projde kabelem a odrazí se zpět do
měřícího přístroje
Jedná se o skutečnou délku vodiče (Electrical Length) ne délku
odmotaného kabelu (Physical Length)
Pro měření je nutné do přístroje zadat NVP (Nominal Velocity of
Propagation), což je poměr mezi rychlostí šíření el. signálu v kabelu a
rychlostí světla ve vakuu (bývá v rozmezí 60 až 90%).
Wire Map – zapojení vodičů ve svorkovnici



Kontroluje správnost zapojení jednotlivých vodičů a párů ve svorkovnici
Také kontroluje průchodnost signálu (není-li vodič v kabelu přerušen)
Rozeznává tyto chyby:
Reversed – V páru jsou na jednom konci prohozeny vodiče
Crossed – Je přehozen celý pár (při měření crossover patch kabelu
signalizuje crossed 1-2 a 3-6)
Split – na obou koncích kabelu je stejně prohozen jeden vodič mezi páry
Shorted – vodiče jsou zkratovány
Chyby v zapojení (WireMap)
Měřené parametry
strukturované kabeláže Cat.5e a 6
FEXT (Far End X Talk) – přeslech na vzdáleném konci

Obdobný jako NEXT, ale měří se přeslech na vzdáleném konci
kabelu
ELFEXT (Equal Level FEXT) – odstup přeslechu na
vzdáleném konci


Neměří se, ale vypočítává se jako ACR
ELFEXT [dB] = FEXT [dB] – A [dB]
PSNEXT (Power Sum NEXT) a PSFEXT (Power Sum
FEXT) – výkonový součet


Neměří se, ale vypočítávají se na základě přeslechů ze třech
párů na jeden
Důležitý parametr pro protokoly využívající všechny páry pro
datový přenos (Gigabitový Ethernet na Cat.5e)
FEXT, PSNEXT a PSFEXT
Měřené parametry
strukturované kabeláže Cat.5e a 6
Return Loss – zpětný odraz

Je to odraz signálu způsobený různou impedancí (ať už špatnou
kvalitou mědi ve vodiči nebo přechody na zásuvkách a patch
panelech)
Propagation Delay - zpoždění signálu při přenosu



Čas za který signál dorazí z jednoho konce kabelu na druhý
Typicky 5ns na 1m kabelu (Cat.5e)
Maximálně 5,7ns/1m z důvodu maximálního zpoždění
povoleného na Ethernetovém segmentu tj. 570ns (max. délka
kabelu 100m)
Delay Skew – rozdíl zpoždění


Jedná se o rozdíl zpoždění mezi jednotlivými páry
Je způsobován rozdílnou délkou párů, případně odlišnou
impedancí
Delay Skew
Certifikace strukturované kabeláže
Aby mohla být kabeláž certifikována, je třeba splnit
následující požadavky:




Zásuvky a porty na patchpanelech musí být označeny.
Konce kabelů u zásuvek a patchpanelů musí být také označeny.
Všechny měřené parametry musí být OK.
Musí existovat plán rozvodů strukturované kabeláže včetně
číslování zásuvek. Jeden se předává zákazníkovi s protokolem o
měření parametrů a druhý se dává do racku pro síťové
administrátory.
Výrobci komponent strukturované kabeláže většinou
poskytují rozšířenou záruku na certifikované rozvody
strukturované kabeláže. Firma Solarix například 20 let.