skripta

hvězdicové topologie je na Obr. 4.2.



Obr. 4.2 Příklad hvězdicové topologie

Technologie Ethernet může využívat jak metalické kabely, tak i optické kabely.
V případě metalických kabelů byly pro starší verze Ethernetu určeny koaxiální kabely, ale
současné verze využívají vícežilové párové vodiče, nejčastěji kroucenou dvoulinku popsanou
v kapitole 5.
Praktikum z informačních sítí 17

4.4 Přenosové rychlosti

První verze Ethernetu pracovaly s přenosovou rychlostí 10 Mbit/s, což ve své době
poskytovalo síťovým aplikacím dostatečnou šířku pásma. Rozšířením okruhů síťových
aplikací hlavně na přenosy audio a video signálů však přestala být tato rychlost dostačující.
Díky jednoduchosti řízení přístupu k médiu nevyžadovalo zvýšení rychlosti značné zásahy do
původní technologie. Proto nástup technologie Fast-Ethernet pracujícího s přenosovou
rychlostí 100 Mbit/s byl poměrně rychlé. Pomohl tomu i fakt, že naprostá většina novějších
síťových rozhraní podporuje obě rychlosti. V současnosti probíhá nasazení ještě rychlejší
verze Ethernetu tzv. Gigabit Ethernet a probíhá realizace pilotních projektů využívající
protokol Ethernet na rychlosti 10 Gigabit/s.
Vlastní přenos dat u technologie Ethernet sice probíhá na zmíněných rychlostech, ale
efektivní šířka pásma dostupná k jednotlivým stanicím je prakticky mnohem menší. Vyplývá
to z využití společného média, kdy současně může vysílat data pouze jedna stanice. Tak
vlastně dochází k blokování ostatních stanic. Nárůstem počtu stanic připojených ke
společnému médiu se toto blokování stává výraznějším a efektivní šířka pásma dostupná
k jednotlivým stanicím bude klesat.

4.5 Ethernet adresa

V případě sdíleného média čte každá stanice vysílaná data. Aby stanice byly schopny
identifikovat pro koho jsou data určena, každá stanice, přesněji každé síťové rozhraní, musí
mít vlastní jedinečnou adresu. Tato se nazývá fyzická, příp. MAC (Medium Access Control)
adresa. Jedinečnost se v tomto případě nevztahuje pouze na skupinu síťových rozhraní
vyskytujících se v jedné síti, ale má celosvětovou platnost. Znamená to, že teoreticky na světě
nemohou existovat dvě Ethernet rozhraní se stejnou adresou (prakticky u některých
speciálních síťových rozhraní může správce sítě sám nastavit MAC adresu a v tomto případě
musí správce sám zajistit, aby MAC adresy používané v lokální síti byly jednoznačné).
Délka fyzické adresy je 6 bajtů. Pro zajištění jedinečnosti fyzických adres řídí jejich
přidělování mezinárodní organizace IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).
Toto řízení se provádí takovým způsobem, že první tři bajty fyzické adresy identifikují
výrobce a právě tento identifikátor je přidělen výrobci organizací IEEE. Další tři bajty adresy
nastavuje výrobce sám tak, aby žádná karta neměla stejnou fyzickou adresu.
Kromě vlastních fyzických adres Ethernet rozhraní jsou definovány ještě další speciální
adresy vyhrazené pro skupinové (multicast) a všesměrové přenosy (broadcast). Všesměrový
přenos se využívá v případě, že stanice nemá dostatečné informace o požadované cílové
stanici. V tomto případě použije všesměrovou adresu, která zajišťuje, že každá stanice
připojená ke společnému médiu přijme data. Následně požadovaná cílová stanice může na
tato data odpovědět, a tak může stanice získat její fyzickou adresu. Velkou nevýhodou
všesměrových adres je, že zaplavují celou lokální síť, protože jsou určeny pro všechny
stanice. V případě intenzivního využívání rámců všesměrovou adresou může dojít
k výraznému blokování ostatních stanic, což vede k poklesu efektivní přenosové rychlosti.

18 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně

4.6 Ethernet rámec

Datovou jednotkou technologie Ethernet je Ethernet rámec. Během vývoje technologie
Ethernet bylo definováno několik typů Ethernet rámců. Struktura dvou základních typů
Ethernet rámce je uvedena na Obr. 4.3.
Preamble
8B
Cílová adresa
6B
Zdrojová adresa
6B
Typ síťového protokolu
2B Data
Zabezpečení
4B
Preamble
8B
Cílová adresa
6B
Zdrojová adresa
6B
Délka rámce
2B Data
Zabezpečení
4B
Ethernet II
Ethernet 802.3


Obr. 4.3 Struktura rámců Ethernet II a Ethernet 802.3

Význam jednotlivých polí v Ethernet rámci je následující:
• pole preambule je kombinace jedniček a nul, které se využívá na zajištění časové
synchronizace mezi vysílačem a přijímačem,
• cílová adresa je Ethernet adresa (MAC adresa, fyzická adresa) cílové stanice,
• zdrojová adresa je Ethernet adresa stanice, která rámec vysílá,
• pole typu síťového protokolu identifikuje síťový protokol přenášených dat,
• délka rámce udává délku rámce v bajtech,
• datové pole obsahuje přenášená data převzatá od síťové vrstvy,
• pole zabezpečení obsahuje zabezpečovací kód pro ověření správnosti přijatých dat na
straně přijímače.

Dnešní operační systémy umožňují současně využívat několik různých síťových vrstev
reprezentovaných různými síťovými protokoly. Když je stanice vybavena pouze jednou
síťovou kartou typu Ethernet, což je nejběžnější situace, tak datové jednotky od různých
síťových protokolů jsou vkládány do datového pole Ethernet rámců a následně jsou odeslány
přes síťové rozhraní. Problém může nastat při zpracování přijatých rámců. Obsah datového
pole přijatého rámce je nutné předat odpovídající síťové vrstvě. Znamená to, že rámec musí
obsahovat řídicí pole, které pomůže identifikovat cílovou síťovou vrstvu. Nevýhoda rámce
Ethernet 802.3 spočívá v tom, že takové pole neobsahuje. Řešení tohoto problému nabízí typ
rámce Ethernet II. Další řešení nabízí standard 802.2 definovaný organizací IEEE, který mimo
jiné nabízí způsob, jak zapouzdřit datové jednotky vyšší vrstvy do rámce 802.3 včetně
identifikátoru příslušného protokolu.

Praktikum z informačních sítí 19

4.7 Shrnutí kapitoly 4

Ethernet je nejpoužívanější přenosovou technologií v lokálních počítačových sítích.
Specifikace technologie Ethernet zahrnuje definici linkové a fyzické vrstvy. Ethernet využívá
jako přístupovou metodu náhodný přístup ke sdílenému médiu s detekcí kolize. Doručování
Ethernet rámců k cílovému síťovému rozhraní je zajištěno šestibajtovou fyzickou adresou.
Během vývoje protokolu Ethernet bylo definováno několik typů rámců. V současnosti je
základním požadavkem kladeným na Ethernet rámec schopnost identifikovat, pro který
protokol síťové vrstvy jsou přenášená data určena. Během vývoje technologie Ethernet byla
postupně zvyšována přenosová rychlost a v současnosti lze využívat přenosové rychlosti
10Mb/s, 100Mb/s, 1Gb/s a objevují se první pokusy přenosu na rychlosti 10Gb/s.

20 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně

5 Strukturovaná kabeláž

Cíle kapitoly: Seznámit čtenáře s problematikou pasivních síťových komponent
s hlavním zaměřením na součásti strukturované kabeláže. Poskytnout základní
informace o standardech zabývajících se strukturovanou kabeláží a dělením
strukturované kabeláže na dílčí části. Další část kapitoly je zaměřena na problematiku
kabelů určených pro strukturovanou kabeláž a obsahuje seznam nejdůležitějších
parametrů kabelážního systému.

5.1 Historický vývoj strukturované kabeláže

Od šedesátých let dvacátého století začíná prudký rozvoj výpočetní techniky. Její
rozšíření v mnoha oborech má za následek přechod z analogového zpracování dat na digitální.
Tento trend se výrazně projevil i v oblasti komunikačních technologií. Kromě nasazení
digitálních spojovacích a přenosových systémů, určených především pro telefonní sítě, se
postupně objevily a poměrně rychle rozšířily i technologie určené pro počítačové sítě. Na
začátku vývoje počítačových sítí se budovaly hlavně terminálové sítě, kde terminály byly
připojeny k centrálnímu počítači. Pro tyto rozvody byly používány především vícevodičové
nepárované i párované kabely, kde konstrukce využívaných kabelů vycházela z konstrukce
telefonních kabelů. Terminálové systémy byly postupně nahrazeny mini a mikropočítači a
tento trend měl za následek i změnu ve způsobu propojení počítačů. Od sedmdesátých let se
začala objevovat různá řešení pro propojení počítačů nacházejících se v jedné lokalitě, řádově
do několika stovek metrů. U takto vytvořených sítí se ujalo označení lokální počítačové sítě
(Local Area Network - LAN). Široká řada firemních standardů, určených pro propojení
počítačů, byla postupně ujednocena a národními i mezinárodními standardizačními
organizacemi byly postupně vybrány a standardizovány nejúspěšnější z nich. Standardizace
byla nutná pro zajištění kompatibility zařízení od různých výrobců. Tak byly standardizovány
např. protokoly Ethernet, Token Ring, FDDI atd. Standardizace komunikačního protokolu
zahrnovala zpravidla i standardizaci kabelážních systémů určených pro tyto technologie.
V převážné většině se jednalo o řešení založené na koaxiálních kabelech, které se používaly
od doby terminálových sítí.
S vývojem síťových prvků a s tím úzce souvisejícím nárůstem požadavků na komunikační
sítě se brzy projevily základní nedostatky prvních kabelážních systémů. Takovým
nejvýraznějším nedostatkem byla jednoúčelovost kabelážních systémů, tj. orientace na
jedinou technologii a omezená využitelnost při postupně narůstajících přenosových
rychlostech, tj. morální životnost kabelážního systému. Část těchto nedostatků byla
eliminována používáním univerzálních přenosových médií, které už nebylo závislé na typu
komunikační technologie a jsou vhodné pro přenos různých typů signálů (telefon, počítačová
data, zabezpečovací systém, atd.). Dalším požadavkem na kabelážní systém byla poměrně
jednoduchá montáž a možnost budoucího rozšíření. Aby kabelážní systém představoval
perspektivní řešení i do budoucna, jeho morální životnost musí být mnohonásobně vyšší než
morální životnost aktivního komunikačního systému. Jako nejefektivnější řešení pro splnění
všech uvedených (i dalších zatím nespecifikovaných) požadavků se jevilo využití
Praktikum z informačních sítí 21

vícevodičových párovaných kabelů. Takto vzniklé univerzální řešení kabeláže se nazývá
strukturovaná kabeláž. V současné době se pro strukturovanou kabeláž jako médium používá
výhradně metalický kroucený párový kabel (twist-pair) nebo optický kabel. Běžně se pro
realizaci kabelového rozvodu používají 4-párové kabely, i když většina současných sítí
využívá pro přenos pouze dva páry. Různé komunikační sítě mohou využívat různé páry
v kabelu, současné standardy však neumožňují využívat jeden kabel současně pro více než
jednu aplikaci.
Velmi důležitým požadavkem na strukturovanou kabeláž je, aby instalace a organizace
kabelážního systému byla jednoduše pochopitelná instalatérům, správcům sítě i ostatním
technickým pracovníkům pracujícími s kabelážním systémem. Proto budování kabelážního
systému vyžaduje promyšlené plánování, přehledné seskupení kabelů do kabelových svazků,
názorné označování těchto kabelů a kabelových svazků a dodržení norem.

5.2 Standardizace strukturovaného kabelážního systému

Univerzálnost strukturované kabeláže je zajištěna dodržením technických parametrů a
postupem instalace, které jsou shrnuty do národních a mezinárodních standardů. Základní
standardy strukturované kabeláže vychází z americké normy č. EIA/TIA 568, definované
skupinou výrobců Electrical Industry Association – Telecommunication Industry Association.
První verze tohoto standardu definovala vlastnosti komponent a podmínky instalace pro
strukturovanou kabeláž kategorie 3 (podrobný popis kategorií bude uveden v dalším textu) a
pochází z roku 1989. Následující standard z roku 1992 č. TSB 36 definuje parametry
strukturované kabeláže pro kategorie 4 a 5. Tento standard do okruhu sledovaných parametrů
kabeláže přidává vlastnosti jako impedance, útlum či přeslech na blízkém konci kabelu.
Standard TSB 40 z roku 1994 definuje požadavky na jednotlivé komponenty prvků
kabelážního systému a dále definuje techniky instalace a testování kabelážního systému.
Standardy EIA/TIA 568, TSB 36 a TSB 40 byly následně sloučeny do jednoho standardu,
který je označován jako EIA/TIA 568A.
Standard EIA/TIA 568A se vztahuje na kabelážní systém určený pro komerční a
administrativní budovy. Rozděluje kabelážní systém na dílčí části a pro každou část definuje
parametry komponent. Konkrétně kabelážní systém rozděluje na horizontální, páteřní a
pracovní sekci. Standard dále podrobně popisuje jednotlivé komponenty kabelážního systému
jako např. telekomunikační skříň – datový rozvaděč, prostředí místností, kabely včetně
propojovacích kabelů (patch kabely) a konektory. Navazující na EIA/TIA 568A je standard
EIA/TIA 569. Ten určuje, jakým způsobem má být provedena instalace strukturovaného
kabelážního systému a to pro jednotlivé sekce kabelážního systému zvlášť.
Důležitou částí instalace kabelážního systému je označení jednotlivých kabelů, kabelových
svazků a konektorů. Důležitost této problematiky značí i fakt, že jí byl věnován samostatný
standard označený číslem EIA/TIA 606. Předchozí standardy byly zaměřeny na metalickou
kabeláž. Parametry optické kabeláže byly shrnuty do standardu TSB 72. Dalším důležitým
standardem je TSB 67, který doplňuje standard EIA/TIA 568A a definuje testovací
konfigurace a parametry pro testování strukturovaného kabelážního systému.
Vývoj v oblasti síťových technologií musí sledovat i standardy zabývající se
strukturovanou kabeláží. Proto nástupem nových technologií, jako např. ATM či Gigabit-
Ethernet, musely být přizpůsobeny i standardy novým požadavkům, protože standard
EIA/TIA 568A nepokrývá všechny parametry požadované např. pro technologii Gigabit-
Ethernet (1000 Base-T). Částečné řešení přineslo schválení doplnění TSB 95, které definuje
další sledované parametry. Celý problém však byl vyřešen až schválením kategorie 5E, která je
22 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně

specifikována v standardu TIA/EIA 568A-5. Tento standard jednak definuje další nové
parametry pro sledování, zvyšuje požadavky na existující parametry a plně vyhovuje
potřebám technologie Gigabit-Ethernet. Dalším důležitým zlomovým bodem bylo schválení
kategorie 6, která poskytuje dvojnásobnou šířku pásma oproti kategorii 5E a otevírá cestu pro
moderní širokopásmové aplikace.

Zmíněné standardy vznikly na území Spojených států amerických, ale postupně se staly
mezinárodně platnými. Prvním krokem bylo vydání normy č. ISO IEC IS 11801 Mezinárodní
Standardizační Organizací (International Standardization Organization), který je ekvivalentem
normy EIA/TIA 568A. Pro Evropu byly také vypracovány standardy, které nesou označení
EN 50173 (ekvivalent EIA/TIA 568A), EN 50174 (ekvivalent EIA/TIA 569), EN 50167
zahrnující požadavky na horizontální sekci, EN 50168 zahrnující požadavky na pracovní
sekci, EN 50169 zahrnující požadavky na páteřní sekci, EN 55022 stanovující limity
vyzařování (z hlediska elektromagnetické kompatibility) a EN 55024 stanovující odolnost
proti rušení z hlediska elektromagnetické kompatibility. Tyto Evropské normy jsou platné i
v České republice.

5.3 Sledované fyzické a elektrické parametry kabelážního systému

Aby byl kabelážní systém opravdu použitelný pro cílovou komunikační technologii,
musí jeho mechanické a elektrické vlastnosti vyhovovat řadě podmínek. Tyto podmínky
nejsou přímo dány cílovou komunikační technologií, ale jsou určeny kategorií, kterou
kabelážní systém splňuje. Na druhé straně parametry pro jednotlivé kategorie kabelážního
systému vychází z požadavků komunikačních technologií.
Schvalováním nových kategorií byl seznam uvedených parametrů postupně rozšířen.
Sledované mechanické a elektrické vlastnosti podle současných specifikací jsou uvedeny
v následujících podkapitolách.

5.3.1 Typy kabelů

Kabely používané pro strukturovanou kabeláž lze třídit z různých hledisek. Základní
dělení je podle použitého média, na jehož základě jsou kabely děleny na metalické a optické.
Metalické kabely lze dále dělit na symetrické (např. párové kabely) a asymetrické (např.
koaxiální kabely). Protože pro strukturovanou kabeláž se využívají párové metalické kabely a
optické kabely budeme se dále zabývat pouze těmito kategoriemi.
Pro přenos informací se nejčastěji využívají vodiče v párech. Telekomunikační kabel
může obsahovat několik takových párů. Pro zajištění lepší odolnosti přenášeného signálu proti
rušení jsou jednotlivé páry zkrouceny, jak je to vidět na Obr. 5.1.

Praktikum z informačních sítí 23



Obr. 5.1 Ukázka kroucených párů

V případě, že kroucené páry nejsou dále stíněny, jedná se o nestíněnou kroucenou
dvoulinku běžně označenou zkratkou UTP (Unshielded Twisted Pair). UTP kabel se používá
nejčastěji v komerčních a administrativních budovách. V případě průmyslových objektů, kde
hrozí nebezpečí značného elektromagnetického rušení, se využívají stíněné kabely. Stínění lze
realizovat jako společné pro všechny páry, kdy je kabel označen zkratkou STP (Shielded
Twisted Pair), nebo lze stínit každý pár samostatně a v tomto případě se kabel označuje
zkratkou ISTP (Individually Shielded Twisted Pair).
Z hlediska mechanické konstrukce lze vodiče realizovat jako drát nebo lanko. Obecně
má drát lepší elektrické vlastnosti, ale má horší mechanické vlastnosti a naopak lanko
prokazuje lepší mechanické vlastnosti, ale horší elektrické vlastnosti. Proto podle místa určení
a použití definují standardy strukturovaného kabelážního systému konkrétně, kde má být
použit drát a kde lanko.
Požadavky na extrémně rychlé přenosy nebyly klasické metalické kabely schopny
splnit. Vhodné řešení pro tak náročné aplikace nabízely optické kabely, které místo
elektrického signálu přenáší optický signál. Struktura optického kabelu je znázorněna na Obr.
5.2.

24 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně



Obr. 5.2 Části optického kabelu

Základní princip optického kabelu spočívá v odrazu optického signálu na rozhraní mezi
jádrem a pláštěm, jak je znázorněno na Obr. 5.3.

Plášť
Jádro
Optický signál


Obr. 5.3 Základní princip šíření signálu v optickém kabelu

Optické kabely lze dělit do dvou velkých skupin, do vícevidových (MM – MultiMode)
a jednovidových (SM – Single Mode). Rozdíl je v průměru jádra a pláště. U vícevidových
vláken jsou tyto rozměry 62,5/125 µm či 50 /125 µm a u jednovidových vláken 9/125 µm.
Vícevidová vlákna mají ve srovnání s jednovidovými horší přenosové vlastnosti. Proto lze
jednovidová vlákna použít pro přenos na větší vzdálenosti. Nevýhodou jednovidových vláken
je vyšší cena zapříčiněná většími nároky na přesnost a fakt, že generátorem optického signálu
musí být laser. V případě vícevidového optického kabelu lze jako zdroj optického signálu
použít i speciální LED diody, které jsou výrazně levnější.

Praktikum z informačních sítí 25

5.3.2 Typy konektorů

Důležitou vlastností kabelážního systému je typ použitých konektorů. V případě
metalické kabeláže je situace jednodušší, protože se využívají pouze konektory typu RJ-45.
Na Obr. 5.4 a Obr. 5.5 jsou znázorněny zásuvka (jacket) a zástrčka (plug) RJ-45. Tento typ
konektoru s osmi kontakty je určen pro čtyřpárový kabel. Specifikace kategorií strukturované
kabeláže zahrnují nejen mechanické vlastnosti konektorů, ale i základní elektronické
vlastnosti jako např. útlum. Pro zajištění lepších elektronických vlastností na vyšších
kmitočtech musí být kontakty konektorů pozlaceny. Např. pro kategorii 5 musí být pozlacení
kontaktů minimálně 50 µinch (1,27µm).


Obr. 5.4 Příklad zásuvky RJ-45


Obr. 5.5 Příklad zástrčky RJ-45

Výběr konektorů pro optický kabelový systém je mnohem bohatší. Ukázky konektorů
SC a ST jsou na Obr. 5.6.

26 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně



Obr. 5.6 Optické konektory SC a ST

Problematika optických konektorů však přesahuje rámec předmětu „Prak