Modul 3:

1. Modul 3: Networking media

2. Atoms • všetky látky sú zložené z atómov; • každý atóm pozostáva z: • elektróny – záporne nabité častice; • protóny – kladne nabité častice;ä • neutróny – častice bez náboja; • jadro atómu tvoria nukleóny (protóny + neutróny); • Coulombov zákon – náboje s rôznym nábojom sa priťahujú a tie s rovnakým nábojom sa odpudzujú; • Bohrov model – protóny majú kladný a elektróny záporný náboj. V jadre sa nachádza viac častíc ako 1 protón.

3. Electrons (e-) • záporne nabité častice; • sa pohybujú po kruhových dráhach okolo jadra; • dostatočná rýchlosť zabezpečí, aby elektróny neboli vtiahnuté do jadra; • elektrina – tok voľných elektrónov; • atóm sa po uvoľnení častíc stáva kladne nabitým; • uvoľnené nepohyblivé elektróny so záporným nábojom = statická elektrina; • elektrostatický výboj (ESD) - vznikne, keď statické elektróny prejdú k vodiču • neškodný pre ľudí; • môže náhodne zničiť chipy, dáta alebo oboje; • sú naň citlivé logické obvody.

4. Protons (p+) and atoms • protóny: • kladne nabité častice; • jadrové (nukleárne) sily; • najsilnejšie na svete; • udržiavajú protóny v jadre; • atómy: • skupina  molekula (materiál); • materiály: • izolátor, vodič, polovodič.

5. Voltage • elektromotorická sila (EMF); • súvisí s elektrickou silou (tlakom), ktorá pôsobí, keď sú e- a p+ oddelené; • el. prúd je len tok e-; • Medzi dvoma bodmi; • vzniká 3 spôsobmi: • friction (trenie) / static electricity; • magnetism / electric generator; • light /solar cell; • ozn. V (napätie) – množstvo práce, ktoré je potrebné na oddelenie nábojov, E (EMF).

6. Resistance • typy materiálov: • conductors: • preteká nimi el. prúd; • malý alebo žiaden odpor; • insulators: • nepovoľujú tok el. prúdu; • veľkosť odporu závisí od chemického zloženia látky; • ozn. R – jednotka: ohm (Ω).

7. Conductors • dovoľujú tok e-; • krajné e- sú slabo viazané k jadru a ľahko sa uvoľňujú; • pri izbovej teplote je vysoký počet voľných e-; • zavedením napätia e- sa uvoľňujú; • s tokom e- súvisí: • capacitance, • inductance, • najlepšie vodiče: Cu,Ag, Au; • ďalšie vodiče: solder of Pb (lead) a Sn (tin), voda s iónmi (ľudské telo – 70%).

8. Attenuation / Impendancie • attenuation (zoslabenie): • dôležité pre siete, • týka sa odporu pri toku e- a vysvetľuje, prečo pri prenose signálu dochádza k jeho degradácií; • impendancie obsahuje: • capacitance, • inductance, • resistance.

9. Insulators / Semiconductors • insulators: • nevedú el. prúd; • napr.: plast / sklo /suché drevo /papier / guma/ héliový plyn; • majú stabilnú chemickú štruktúru; • e- sú pevne viazané k jadru; • semiconductors: • kontrolovaný tok e-, • napr.: C, GE, GaAs (gallium arsenide), Si, • silicon – najlepší pre miniatúrne el. obvody (mikročípy).

10. Current • tok nábojov tvorených pohybom voľných e-; • keď sa privedie napätie a existuje cesta pre tok e-, tie sa presunú zo záporného póla ku kladnému; • záp. pól odpudzuje ich a kladný priťahuje; • ozn. I – množstvo presúvajúcich sa e-; • jednotkou prúdu je ampér (A); • U – rýchlosť presunu e-; • čím viac napätia a el. tlaku, tým väčší prúd; • Ohmov zákon: U = I . R.

11. W (wattage) = amperage + voltage; • W – množstvo spotrebovanej alebo vytvorenej energie.

12. Circuits • uzavretý okruh z vodičov a so zdrojom napätia, ktorý spôsobuje tok prúdu; • tok prúdu je zabránený odporom a impendanciou; • zemi sa zvyčajne prisudzuje – 0 V; • typy: • alternating (AC, striedavý) – závisí od impendancie, mení polaritu a smer v čase; • direct (DC, priamy) – závisí od odporu, tečie v jednom smere, potom zmení smer a tečie v inom smere.

13. Types of current • alternating: • závisí od impendancie, • mení polaritu (kladný pól sa stáva záporným a naopak) a smer v čase, • proces sa priebežne mení sám, • veľké vzdialenosti (power lines); • direct: • závisí od odporu, tečie v jednom smere, potom zmení smer a tečie v inom smere, • nemení sa polarita, • krátke vzdialenosti (baterky, autobatérie, mikročípy na matičnej doske).

14. Oscilloscope • elektronické zariadenie na meranie el. signálov v danom čase; • zobrazuje: • el. vlny, • el. impulzy, • diagram; • x-ová os – čas, • y-ová os – napätie; • 2 y-ové napäťové vstupy – meranie 2 vĺn naraz.

15. Cable specification • rýchlosť prenosu – závisí od typu kábla; • digitálny (baseband) alebo analógový (broadband) prenos – typ kábla je pre dané typy rôzny; • vzdialenosť prenosu – ovplyvnené zoslabením signálu; • degradácia – priamo závislá od vzdialenosti prenosu signálov a od typu použitého kábla.

16. Ethernet specification • 10BASE-T: • 10 Mbps / baseband / twisted pair; • 10BASE5: • 10 Mbps / baseband / 500 m / thicknet; • 10BASE2: • 10 Mbps / baseband / 200 m (185 m) / thinnet.

17. Coaxial cable I. • zloženie: • medený vodič obklopený elastickou izoláciou; • stred : tenký okovaný hliníkový kábel; • na izolácií je tkané medené pletivo príp. kovová fólia – ako druhý drôt v obvode a ako ochrana vnútorného vodiča; • druhá vrstva – redukcia elm. rušenia; • povrch – plášť.

18. Coaxial cable II. • použitie v LAN: • väčšie vzdialenosti ako STP, UTP, ScTP bez použitie opakovačov (regenerujú signál), • lacnejší ako optický kábel, • káblové televízie; • rôzne veľkosti; • Ethernet backbone cable (Thicknet)– veľká prenosová dĺžka a zníženie šumu; • Thinnet (Cheapernet): • v sieťach Ethernet, • vhodný kde je viac ohybov a vykrútení, • polovičný el. obvod – problém zlá ochrana spojenia.

19. STP cable I. • kombinácia cancellation, shielded a twisted pair; • každý pár je obalený kovovou fóliou; • 150-ohm kábel; • Token Ring; • zníženie šumu: • vďaka pair to pair coupling a crosstalk; • z vonkajšieho electromagnetic interference (EMI) a radio frequency interference (RFI). • ScTP (screened/foil screened twisted pair) – ako UTP obalený ochrannou kovovou fóliou.

20. STP and ScTP cable II. • oba konce musia byť uzemnené – inak problém so šumom; • správa sa ako anténa a prijíma aj nechcené signály; • možno minimalizovať vychádzajúce elm. vlny ale nie prichádzajúce; • použite zvlášť pri rozsiahlych EMI a RFI v blízkosti kábla;

21. UTP cable • štvorpárový; • všetky káble sú samostatne izolované; • dôležitý je počet spletení na 1 stopu; • TIA/EIA-568-B.2 – spojenie 2 káblov (pre tón a pre dáta) pre každý výstup; • výhody: lacný / ľahko inštalovateľný / tenší / vhodný do starších budov / najrýchlejší medený kábel; • nevýhody: viac šumu / krátka vzdialenosť. • prenos – medzi pinmi začiatku a cieľa;

22. Connecting of UTP • switch – NIC: straight-through (priamy); • switch – switch: crossover cable (krížený); • RJ-45 adaptér (COM port) – console port (router, switch): rollover (console).

23. Modul 3: Optical media

24. Electromagnetic spectrum • elm. energia vzniká pri pohybe el. náboja alebo urýchlením; • vo forme vĺn – vákuum, vzduch, niektoré materiály napr. sklo; • typy elm. energie tvoria elm. spektrum od najdlhšej vlnovej dĺžky po najkratšiu: • radio / mikrovlny / radar / viditeľné svetlo / x-žiarenie / gama žiarenie; • pomalý pohyb el. náboja – krátke vlny ; • rýchly pohyb el. náboja – dlhé vlny.

25. Wavelength • rýchlosť svetla: • 300 000 km/s ( 186 283 miles/s); • ľudské oko: • 700 nm – 400 nm (viditeľné svetlo/dúha); • dlhšie ako 700 nm – červená farba; • kratšie ako 400 nm – fialová farba; • vlnové dĺžky neviditeľné ľudským okom: • prenos optickými káblami, • dlhšie ako červené svetlo – infračervené (IČS), • 850 nm, 1310 nm, 1550 nm.

26. Ray • elm. vlny od zdroja po rovnej čiare; • typy: incident /reflected /refracted; • zákon odrazu: uhol dopadu = uhol odrazu; • ohyb na rozhraní 2 materiálov; • optická hustota: • počet ohybov svetelného lúča; • index refrakcie (optická hustota materiálu)– rýchlosť svetla vo vákuu delený rýchlosťou svetla v kábli.

27. Internal reflection • podmienky pre prenos optickým káblom: • jadro musí mať väčší index lomu ako materiál, ktorý ho obklopuje (cladding), • uhol dopadu je väčší ako kritický uhol pre jadro a jeho obal; • splnenie oboch podmienok = úplný vnútorný odraz; • faktory kontrolujúce uhol dopadu: • číselný otvor – rozsah uhlov dopadu pre úplný odraz; • mód – cesta prenosu optickým káblom.

28. Optical fiber (OF) • typy: • single – jedna cesta prenosu; • multimode – viac ciest prenosu; • dve sklenené vlákna v oddelených obaloch (transmit, receive); • full-duplex komunikačné spojenie; • 1 kábel = 2 až 48 aj viac oddelených vlákien; • časti: core, cladding, buffer, strength material,outer jacket; • jadro – sklo ako zmes kremeňa a iných mat.

29. Multimode fiber (MMF) I. • jadro – typ graded index glass (nižší index lomu smerom von); • plášť (cladding) – silica s nižším typom indexu lomu ako jadro; • štandard – 62.5/125 or 50/125 (µm); • buffer – plast – chráni jadro a plášť pred poškodením; • loose-tube (von)/ tight-buffered (dnu); • outer jacket (orange)– Kevlar (nepriestrelné vesty) – ochrana pred odretím, rozpustením a znečistením.

30. Multimode fiber II. • typy svetla: • Infrared Light Emitting Diodes (LEDs), • Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSELs), • cena: LED < VCSELs; • dĺžka prenosu: LED < VCSELs; • 62.5/125 – do 2 km.

31. Single-mode fiber (SMF) • zloženie ako MMF; • outer jacket – žltý; • priemer: 8 – 10 µm; • svetlo – infračervené; • vstup svetla – 90° uhol; • dĺžka prenosu v LAN – 3 km; • cena: SMF (dnu) > MMF (von).

32. Optical components • prevod medzi svetlom a el. signálom – transmitter and receiver; • transmitter: • prijíma el. signály na prenos zo switch a router, • konvertuje el. signál na svetelné pulzy; • 2 typy svetiel: • light emitting diode (LED) – IČS / 850 or 1310 µm / MMF in LAN, • light amplification by stimulated emission radiation (LASER) – IČS / 1310 – 1550 µm / SMF in WAN.

33. Receiver • dopad svetla na prijímač = tvorba eletriny; • rozpoznáva svetelný impulz; • premieňa svetelný impluz na el. signál; • p-intrinsic-n diodes (PIN photodiodes): • polovodičové zariadenia, ktoré sa používajú ako prijímače, • 850, 1310 alebo 1550 µm; • konektory: • Subscriber Connector (SC) – MMF, • Straight Tip (ST) - SMF;

34. Transmission OF • transmission – Ethernet protocol – MAN a WAN; • nemá problém s crosstalk; • problémy: • rozptyl – mikroskopická nerovnomernosť vo vlákne, • absorpcia – chemické znečistene, • zoslabenie – nerovnosť spoja jadro-plášť, • disperzia – rozšírenie impulzov svetla; chromatická (SMF, MMF) – ak 1 vlnová dĺžka je pomalšia ako ostatné.

35. Prevent • chyby pri inštalácií: • príliš natiahnutý alebo ohnutý kábel – poškodené jadro, • pevne ohnuté kábel – zlý uhol dopadu, príp. sa nevsunie do hraníc preň; • strata svetla a zlý lom; • zlý spoj káblov; • odstránenie: • interducting / správne ukončenie káblov – konektory, čistota (isopropyl alcohol) / kryty na káble; • jednotka na meranie straty sily – decibel (dB); • testovanie: Optical Loss Meters / Optical Time Domain Reflectometers (OTDRs).

36. Wireless standards • základný – IEEE; • Federal Communications Commission (FCC); • 802.11 – Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) – spolupráca s Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) / 1-2 Mbps (11 Mbps); • 802.11a – WLAN device /5 GHz /nespolupracuje s 802.11b / 54 Mbps / rate doubling 108 Mbps / production nets 20-26 Mbps.

37. Standards 802.11b/g • 802.11b: • t.j. Wi-Fi/vysokorýchlostné pripojenie • DSSS – 1, 2, 5.5 a 11 Mbps; • kompatibilný s 802.11 pre 1-2 Mbps len pre DSSS – dôležité pre upgrade bez výmeny NIC alebo prístupového bodu; • zvýšený prietok dát – zmenou kódovania z 802.11; • všeobecná funkčnosť – 2-4 Mbps; • 802.11g: • kompatibilný s 802.11 použitím Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), • bandwidth ako 802.11.