Vytvořeno ve spolupráci s autory projektu REPAIR 2000 a firmou Compex Data Bohemia.

Za pradědečka počítačových sítí můžeme považovat telegrafní a dálnopisné sítě budované v devatenáctém století. Moderní počítačové sítě jsou dnes tvořeny souborem standardů (Ethernet, Fast Ethernet, atd.) a protokolů (IPX, TCP/IP, atd.) zajišťujících vzájemnou výměnu dat mezi počítači a ostatním zařízením v síti.

V organizacích používáme rychlé lokální sítě (LAN - Local Area Network) a pro Internet rozsáhlých světových sítí (WAN - Wide Area Network). V hustě zabydlených aglomeracích jsou lokální sítě propojovány také do metropolitních sítí (MAN - Metropolitan Area Network, jednu má i Praha).

Běžnou lokální síť tvoří propojení aktivních prvků (HUB, SWITCH) pomocí kabeláže s počítači. Koncovými zařízeními bývají počítače síťovou kartou (NIC - Network Interface Card, ta je dnes stále častěji integrována přímo na základní desku PC). Lokální síť může být například prostřednictvím routeru (brány) napojena na Internet.

Druhy počítačových sítí

Základem každé počítačové sítě jsou tzv. standardy tvořené souborem pravidel a procedur. Ty jsou schvalovány mezinárodní standardizační organizací a zaručují jednotnost v budování počítačových sítí po celém světě. V našem článku budeme pracovat pouze se standardem Ethernet (IEEE 802.3, datová propustnost 10 Mbps) a Fast Ethernet (IEEE 802.3u, datová propustnost 100 Mbps). Standard Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z, datová propustnost 1000 Mbps) je pro realizaci běžné lokální sítě zatím příliš nákladný. S jeho nasazením uvažujme především v kritickým místech datových uzlů s extrémně zatíženými servery nebo v páteřních vedeních rozsáhlých sítí.

Poznámka: propustnost sítí (včetně připojení k Internetu) se už tradičně uvádí v bitech za sekundu (bps, bits per second) - zatímco velikosti souborů jsme si zvykli uvádět v bajtech (B). S teoretickou maximální "impozantní" rychlostí 100mbps lze sítí stěží protlačit 10-11MB dat za sekundu.

Díky snížení cen aktivních prvků v poslední době je vhodné uvažovat při budování nové sítě především se standardem Fast Ethernet / Gigabit Ethernet. Získáváte tak jistotu dostatečného výkonu sítě do budoucna. Fast Ethernet lze kombinovat případně i s pomalým 10Mbps Ethernetem, ale v tomto případě je nutné sledovat u aktivních prvků a síťových karet, zda oba standardy podporují. U aktivních prvků se jedná o parametr Dual Speed nebo 10/100.

Vzájemnou komunikaci počítačů a ostatních zařízení v síti zajišťuje soubor pravidel, který nazýváme komunikační protokol. Výměna informací probíhá často bez ohledu na typ operačního systému nebo počítače. Největší význam má v současné době díky Internetu protokol TCP/IP, který je podporován většinou operačních systémů. V lokálních sítích s Novell servery lze s výhodou použít protokol IPX. Vzájemné používání více komunikačních protokolů v jedné síti je samozřejmě možné, ale velmi často zbytečné.

Sítě peer to peer

Mezi počítači dochází díky vzájemné komunikaci ke sdílení a následné výměně dat realizované síťovým operačním systémem. Šampiónem nedávné doby byla firma Novell, dnes králuje Microsoft a stále populárnější je operační systém Linux.

Existují v podstatě pouze dva základní modely sdílení dat. Client-to-server (klient-server) je model při kterém je odpovědnost za realizaci sdílení dat striktně rozdělena mezi klienty a samostatné servery. Peer-to-peer model (rovný s rovným) naopak umožňuje přidělení odpovědnosti za realizaci sdílení dat libovolným počítačům v síti nastaveným jako server nebo klient.

Sítě client to server

Z hlediska údržby a bezpečnosti dat lze jednoznačně doporučit pro většinu organizací síť Client-to-server. Server je často jedinou jistotou pro bezpečné zálohování kritických dat. Při návrhu sítě je vhodné preferovat aplikace s možností síťové instalace a plovoucího licencování. Operačním systémem na serveru může být Linux, Windows 2000 Server nebo Windows 2003. Cenově zajímavým řešením pro souborové služby je Linux s instalovaných balíčkem Samba (ten umožňuje spolupráci Linuxu se stanicemi vybavenými operačním systémem Windows).

Topologie počítačové sítě definuje rozložení jednotlivých zařízení a jejich vzájemné propojení pomoci přenosových cest (přenosy po vedení, bezdrátové a satelitní). Pro budování sítě použijeme v článku pouze přenosu po vedení.

Sběrnicová topologie sítě se vytváří pomocí sdíleného koaxiálního kabelu RG-58. Jedná se starší řešení používané v řadě organizací a je nejlevnější alternativou budování počítačové sítě, kterou lze využít pouze pro standard Ethernet (10 Mbps).

Pro standard Fast Ethernet (100 Mbps) a Gigabit Ethernet (1000 Mbps) jsou tyto rozvody nepoužitelné. Kritickým místem je existence společné sběrnice pro počítače na jednom segmentu sítě. Výpadek komunikace si vyžádá v řadě případů revizi celé délky sběrnice se všemi následky pro činnost organizace. Pro budování nové sítě nelze tuto topologii v žádném případě doporučit.

Sběrnicová topologie sítě (Ethernet)

Hvězdicová topologie sítě má proti sběrnicové nesporné výhody především v podpoře standardů Ethernet a Fast Ethernet. Je tvořena aktivními prvky sítě (HUBy a SWITCHe) propojenými kabelovým rozvodem twisted-pair (obsahuje kroucené páry vodičů). U kabelů twisted-pair je důležitým údajem kategorie kabelu (určuje kvalitu a přenosové vlastnosti kabelu). Pro standard Ethernet je nutné použít kabel Category 3 nebo vyšší. Pro standard Fast Ethernet používáme kabel Category 5 nebo vyšší (viz dále).

Hvězdicová topologie sítě (Ethernet, Fast Ethernet a Gigabit Ethernet)

síťová katra (NIC) s kabelem který v případě potřeby umožňuje dálkové zapnutí počítače
(wake-up over LAN)

Pokud již vlastníte počítačovou síť vždy na začátku její rekonstrukce proveďte rozbor stávajícího stavu kabelových rozvodů a topologie sítě. Prakticky se mohou vyskytnout dva případy, které je nutné individuálně řešit při přechodu na Fast Ethernet úplnou nebo částečnou náhradou kabeláží Category 5. V topologii sítě určete nejvíc exponovaná místa počítačové sítě. V sítích client-server se jedná běžně o rozvody páteřních vedení (backbone) mezi počítači klientů a serverem. V sítích pro provoz multimediálních aplikací nebo videokonferencí jsou to prakticky všechny aktivní prvky připojující jednotlivé účastníky seance.

Ostatní kabelové rozvody mohou být podle finančních možností zachovány, nebo nahrazeny. Pro připojení staré koaxiální sběrnice provedené kabelem RG-58 můžeme použít například Ethernet HUB s BNC výstupem. Obecně je tento způsob propojení sítí levným řešením s výrazným vznikem kolizních stavů. V případě již existující hvězdicové topologie pracující na standardu Ethernet je možné připojit stávající kabeláž Category 3 s konektorem RJ-45 pouze prostřednictvím Dual Speed aktivních prvků. Typ kabelu poznáte podle popisky na izolaci. Je nutné také provést kontrolu, jestli není některých vodičů využito pro provoz běžné telefonní sítě.

Poznámka: V současné době je v sítích FastEthernet nejpoužívanějším přenosovým médiem 100 ohmový kroucený dvoupár označovaný jako UTP (Unshelded Twisted Pair). V Evropě je ovšem používanější stíněná modifikace (stíněný bývá celý kabel) tohoto kabelu označovaná jako STP (Shielded Twisted Pair) nebo FTP (Foiled Twisted Pair) - stále se jedná o kabel s impedancí 100 ohm. Ve skutečnosti "pravé" STP kabely mají stíněné oba jednotlivé páry a impedanci 150 ohm.

P.S. Běžné označení pro sítě tvořené krouceným dvoupárem je strukturovaná kabeláž.

Konektory používané pro standard Ethernet a Fast Ethernet

Pro zakončení kabelů používáme konektory. Liší se především technickými parametry, typem fixace a zapojeným počtem vodičů. Koaxiální kabely RG-58 jsou zakončeny vysokofrekvenčním konektorem BNC. Pro kabel Category 3 používáme konektor RJ-45 se čtyřmi zapojenými vodiči. V případě použití standardu Fast Ethernet nebo jeho kombinace se standardem Ethernet musí být použit kabel Category 5 s koncovkou RJ-45 s osmi zapojenými vodiči. Z obrázku je patrné, že koncovky RJ-45 se na pohled neliší. Rozdíl je v parametrech obou konektorů.

Nejběžnějším typem optického vodiče je pár SC Fiber s konektorem SC. Fixace i cena konektoru je nákladná, a proto se snaží celá řada výrobců tyto náklady snížit použitím nových technologických řešení. Zřejmě největší ambice na prosazení má konektor VF-45 vyvinutý sdružením kolem firmy 3M. V našem článku nebudeme s optickými vodiči uvažovat. Jejich použití je vhodné především v případě vzdálených budov, nebo v průmyslovém prostředí.

Přenosová rychlost je dána standardem Ethernet nebo Fast Ethernet. Pomocí optických vodičů lze navíc překlenout vzdálenosti až 2000 m. Optimalizací polohy aktivních prvků v síti se lze často vyhnout použití optického rozvodu a ušetřit nemalé finanční prostředky.

Konektory pro všechny typy kovových vodičů se zásadě upevňují mechanicky pomocí fixačních kleští. Vodiče nikdy nepájíme! Došlo by k jejich poškození a ke ztrátě funkčnosti. Fixované konektory již nelze použít pro novou instalaci.

Fixační kleště pro kovové vodiče s konektory BNC a RJ-45

Zapojení konektoru RJ-45 je díky většímu množství vodičů složitější. Před fixací je nutné pečlivě zkontrolovat pozice vodičů na správných číslech výstupů (pinů). Standardně používáme kabelů Category 5, a proto je vhodné zapojit všech osm vodičů. Usnadníte si v budoucnu přechod na Fast Ethernet již připravenou kabeláží.

Existuje jediná výjimka, kdy je nutné zapojení vodičů změnit. Jedná se o křížený kabel pro přímé propojení dvou počítačů bez použití aktivních prvků. Toto zapojení nikdy nepoužívejte při konstrukci sítě!

Poznámka: Většina aktivních prvků v síti má přepínač křížení nebo druhý křížený port pro připojení dalšího aktivního prvku.

Všechny vodiče kabelu jsou barevně označeny. Jejich barvy a vlastní zapojení vyplývá ze schémat na obrázku.

Zapojení konektoru RJ-45

Pro upevňování konektorů BNC na koaxiální kabel RG-58 se používá opět fixačních kleští. Ty nejsou ale vybaveny noži pro ořez izolace, který se provádí speciálním nástrojem. Fixační kleště lze zakoupit ve specializovaných obchodech za cenu 500 až 3000 Kč.

Realizace rozvodu pro počítačovou síť a možné úspory

I přes to, že se jedná o slaboproudou instalaci dbejte vždy při kladení vodičů na jejich bezpečné uložení v lištách, pokud možno ve vzdálenosti 20 cm od vodičů elektrického napětí (vzdálenost není kritická). Nejlépe je spolupracovat při pokládání vodičů s osobou, která má přehled o poloze elektrického rozvodu v organizaci. Kabely po fixaci konektorů můžeme prověřit pomocí testeru kabelů prodávaného ve specializovaných obchodech. Pokud dodržíte při instalaci sítě maximální vzdálenost 100 m (metry jsou vyznačeny na kabelu) a fixujete pečlivě konektory není použití testeru kritické. Kabely pokládejte vždy opatrně, nesnažte se je namáhat tahem nebo extrémním ohybem.

Při projektování počítačové sítě můžeme za cenu snížení profesionality provedení ušetřit především na částech zvyšujících přehlednost a odolnost sítě proti vnějším zásahům, kterými je instalační skříň (19" LAN rack) a zásuvky. Při použití instalační skříně a zásuvek tvoří síť kompaktní celek, který je odolný proti vnějším vlivům a poškození. Hlavní rozvody jsou realizovány pomocí drátových (tvrdých) vodičů. Aktivní prvky a počítače se připojují pomocí ohebných vodičů (lanka). Zvyšuje se tak odolnost a životnost rozvodů sítě.

Běžným zařízením používaným v počítačových sítích byl vždy HUB (rozbočovač). Dnes existuje proti jeho nasazení řada argumentů. HUB je aktivní prvek, který nemá příliš inteligence. Vše co přijde na jeho vstupy, hned posílá na všechny výstupy. Se zvyšujícím se provozem vznikají zbytečné kolize v síti a výrazné zpomalení komunikace. Naopak SWITCH (přepínač) obsahuje inteligentní přepínač a každou informaci posílá pouze na výstup, pro který je určena.

Management aktivních prvků vyšší třídy

U dražších zařízení se můžeme navíc podívat managementem SWITCHe do pomyslné "přepínací kuchyně" a pomocí monitorovací aplikace odhalit případné chyby v síti. Některé vlastnosti HUBů a SWITCHů včetně přepínačů pro kaskádní propojování jsou zobrazeny na obrázku.

Vzhled a vybavení aktivních prvků

Rozšiřovat množství přípojných míst (portů) u aktivních prvků lze prakticky dvěma základními způsoby. Nejjednodušší řešení je realizováno pomocí síťového kabelu připojeného na libovolný výstupní port jednoho HUBu a jeho propojení s přímým portem druhého HUBu. Toto řešení se nazývá kaskádování. Základním omezením pro kaskádování je spojení maximálně čtyř Ethernet HUBů ve vzdálenostech 100 m. Pro kaskádování Fast Ethernet HUBů jsou podmínky ještě přísnější. Podle doporučení CLASS 2 můžeme takto propojit maximálně dva Fast Ethernet HUBy ve vzdálenosti 5 m. Kaskádování Fast Ethernet HUBů podle CLASS 1 je nepřípustné. Pro kaskádování SWITCHů tato omezení neplatí.

Stohování aktivních prvků pomocí SCSI kabelů a zásuvných modulů

Některé typy aktivních prvků lze rozšiřovat pomocí SCSI kabelu propojujícího jejich datovou sběrnici. Délka kabelu je minimální a umožňuje vytvořit STACK (stoh). Výhodou je vysoká datová propustnost propojení dosahující téměř hodnot propustnosti datové sběrnice aktivního prvku (2 až 4 Gbps). Stohovatelné HUBy a SWITCHe jsou obecně dražší a lze je doporučit především do sítě, kde předpokládáme výrazný nárůst přípojných míst. Funkce některých typů aktivních prvků mohou být navíc rozšiřovány prostřednictvím zásuvných modulů. Lze tak například doplnit běžný modulární SWITCH pro kabeláž Category 5 o možnost připojení na FX Fiber. Při návrhu topologie sítě je nutné striktně sledovat délku vodičů. Maximální vzdálenost mezi prvky pro síť Category 5 je maximálně 100 metrů. Toto pravidlo platí obecně, výjimkou je pouze propojení dvou Fast Ethernet HUBů na maximální vzdálenost 5 metrů. Vzdálenost je možné zvýšit optimálním rozložením aktivních prvků, opakovačem (repeater) nebo v kritických případech náhradou kovových vodičů za optické (až 2000 m).

V následující kapitole se zaměříme na konkrétní aplikaci znalostí získaných v předchozí teoretické části. Zkusíme si "uplést" několik typů sítí. U všech modelových situací najdete uveden v závorce příklad aktivních prvků firmy SMC Networks, na kterých byly modelové situace testovány. Pro detailní popis zařízení a samostudium doporučujeme navštívit informační server http://www.compexdata.cz. Logem naší školy jsou označeny příklady zapojení, které přímo využíváme v provozu Fast Ethernet sítě.

Jednoduché propojení dvou počítačů

Velmi častým požadavkem na dovolené, na cestách nebo na návštěvě u kamaráda je propojení dvou počítačů pro realizaci přenosu dat. Pokud jsou tyto počítače vybaveny síťovými kartami v interním nebo PCMCIA provedení není nic jednoduššího. Realizaci spojení je možné provést speciálně zapojeným "kříženým" kabelem Category 5 bez použití aktivního prvku. Základní rozdíl v zapojení kabelu spočívá ve změně zapojení pinů 1, 2, 3, 6 v jednom z konektorů RJ-45.

Malá domácí síť

malé levné HUBy (na obrázku EDIMAX) dnes nahrazují dnes stále častěji přepínače (switche)

Řešení této situace je velmi jednoduché. Do sítě je nutné umístit jediný centrální aktivní prvek a tem pomocí vodičů o maximální délce 100 metrů připojit k osobním počítačům vybaveným síťovýma kartami. Podle finančních možností můžete použít HUB pro standard Ethernet (SMC 3605T) nebo Fast Ethernet (SMC 5604DS). Toto řešení není v žádném případě vhodné pro realizaci propojení více budov, které tvoří oddělené potenciály, např. samostatné rodinné domy. Prakticky dojde k poškození aktivního prvku. Jistým řešením jsou filtrační moduly vyráběné například firmou APC.

Síť pro organizaci nebo firmu

Příkladem může být počítačová učebna na škole připojená na jediný server. Předpokládáme zajištění maximální vzdálenosti do 100 metrů. Ideálním řešením této situace je aplikace jediného klasického nebo stohovatelného aktivního prvku Fast Ethernet. Vzhledem k cenám aktivních prvků je výhodnější upřednostnit SWITCH bez managementu před HUBem.

Rozsáhlá informační síť v organizaci

Návrh topologie této sítě již vyžaduje jisté zkušenosti. Obecně musíme vycházet především z množství použitých serverů a jejich specializaci. Například server pro ekonomickou divizi umístit na SWITCH ekonomické divize, do kterého jsou připojeni odpovídající uživatelé. Jednotlivé SWITCHe v divizích je nutné propojit Fast Ethernetem nebo Gigabit Ethernetem. V naší ukázce je použit jediný server pro celou organizaci. Má to často své výhody. Jádrem sítě by měl v tomto případě být SWITCH s managementem. Kritické místo sítě se nachází v místě spojení serveru a SWITCHe. Zde je velmi vhodné začít s aplikací Gigabit Ethernetu. Jednotlivé divize jsou připojeny pomocí HUBu, což je v současnosti neefektivní řešení. Pokuste se je nahradit SWITCHi.

Propojení vzdálených budov již nedoporučujeme realizovat bez detailní konzultace se specialistou. Obecně lze použít do 2000 metrů optický vodič FX Fiber jak pro standard Ethernet tak Fast Ethernet. Zásadním problémem je při nezávislých pozemcích schvalovací řízení a výrazně vyšší cena investice do optického rozvodu sítě a do aktivních prvků (SMC Tiger SWITCH s optickým modulem). Tuto situaci je velmi nevhodné řešit pomocí kovových vodičů!

Propojení vzdálených budov

Poznámka: Jsou místa kde nelze použít spojení optikou. Důvodem může být např. přílišná nákladnost položení kabelu nebo dokonce nemožnost položení kabelů. V tom případě jsou používány bezdrátové technologie. Ty byly časem rozvinuté tak, že jsou používány jako alternativa lokálních sítí založených na kabelových systémech. Nevýhodou jsou prozatím cena a relativně nízká rychlost.

Síťové karty

Síťové karty do počítačů vybírejte vždy s ohledem na použitý standard komunikace. Ideálním řešením je samozřejmě karta podporující oba standardy 10/100. Do přenosných počítačů je vhodné použít kombinované karty pro sběrnicovou a hvězdicovou topologii PCMCIA. Běžně je tento přechod řešen pomocí přídavného modulu přímo na kabelu.

Připojení vlastních klientských stanic pomocí FX Fiber se v současné době díky vysokým nákladům nepreferuje. Situaci může ovšem v budoucnu změnit některý z nových propojení. Například zakončení pomocí konektoru VF-45 lze realizovat za 1/5 ceny konektoru SC. Pro detailní studium jednotlivých karet můžeme doporučit řadu interních karet PCI, které umožňují připojit kovové nebo optické vodiče Ethernet a Fast Ethernet pomocí konektorů BNC, RJ-45, SC nebo VF-45.

Provedení interních síťových karet

Instalace síťových karet je klasicky řešena pomocí běžných postupů. Nastavení komunikační rychlosti Ethernet / Fast Ethernet a režimu Half Duplex / Full Duplex probíhá u doporučovaných SWITCHů a dvourychlostních HUBů zcela automaticky. Například pokud budete mít ve stanici síťovou kartu SMC Ether Power 10/100 a tu připojíte pomocí plně zapojeného kabelu Category 5 na SMC EZ SWITCH 10/100 bude implicitně komunikovat na maximální možné rychlosti, což je Fast Ethernet a Full Duplex. Stav je indikován diodovým polem na SWITCHi a diodami LED na síťové kartě. Nastavení optimálního módu přenosu je dnes již řešeno u většiny síťových karet automaticky (Auto-Negotiation). Pro správnou funkci síťové karty je nezbytně nutné mít instalován ovladač pro používaný typ operačního systému provázaný s komunikačním protokolem (TCP/IP, IPX atd.) a používanou službou (Server, Client atd.). Pozor na použití Gigabit Ethernet adaptérů, mají jeden zásadní požadavek, jejich plný výkon využijete pouze na 64 bit PCI slotu. Standardní počítače jsou osazeny pouze 32 bit PCI sloty a karta v nich funguje jen na "půl dechu".

Trunking může navýšit výkon komunikace se serverem, vyžaduje ovšem driver a switch

Dalším řešením je použití funkce Trunk, která prakticky umožňuje přenášet data paralelně po více kanálech (síťových adaptérech). Problém je ovšem v tom, že musíte mít speciální ovladač a funkci v managementu, která podporuje trunk řešení.

Takto vypadá management tentokrát od firmy 3COM pro datové spojení kanálů Port Trunk

Petr Fořt, vytvořeno ve spolupráci s Compexdata Bohemia. Originál naleznete zde: http://www.sweb.cz/repair2000

Další články v kategorii

• Google Wave – začíná nová éra webu?
• TeamViewer - Vzdálená správa (cizího) počítače
• VNC a Vzdálená plocha - kouzlo vzdáleného přístupu
• Knol vs Wikipedia - kdo s koho?
• Ubiquity - radost z pokroku