Ethernet Strukturovaná kabeláž

1. Ethernet Strukturovaná kabeláž Informační technologie - praxe SPŠE V úžlabině Jan Klepal, Radka Müllerová Verze 4

2. Obsah • Ethernet • Sdílené médium • CSMA/CD • Kroucená dvojlinka • Strukturovaná kabeláž • Vznik a normy • Rozvody • Kategorie • Spojovací hardware • Měření parametrů a certifikace

3. 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 Half-duplexní přenos. • Část sítě ve které jsou počítače připojeny ke společnému koaxiálnímu kabelu se nazývá segment.

4. 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)

5. 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

6. 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

7. Proč strukturovaná kabeláž? Aby to nedopadlo takto…

8. Strukturovaná kabeláž • Strukturovaná kabeláž vznikla na základě telefonních rozvodů (4-párový 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

9. Strukturovaná kabeláž • Norma ISO11801 definuje strukturovanou kabeláž takto: • Campus DistributorPáteřní rozvaděč • Building DistributorHlavní rozvaděč objektu • Floor DistributorPodlažní rozvaděč • Telecommunications OutletTelekomunikační zásuvka • Work Area Pracovní místo • EIA/TIA 568A: • Main X Connect Hlavní propojovací místo • Intermediate X Connect Mezilehlé propojovací místo • Horizontal X Connect Horzontální propojovací místo • Consolidation Point Konsolidační bod • Telecommunications Outlet Telekomunikační zásuvka

10. Strukturovaná kabeláž Floor Distributor (Podlažní rozvaděč) Telecommunications outlet (Telekomunikační zásuvka) Campus Distributor (Páteřní rozvaděč) Building Distributor (Hlavní rozvaděč objektu)

11. Rozvod strukturované kabeláže Horizontální kabeláž (vždy drát!) Patch panel Telekomunikační zásuvka Patch kabel (většinou lanko)

12. Channel a Permanent link • Permanent link (stálý spoj) • Ze zásuvky do patch panelu • Maximální délka 90m • Měří se při certifikaci kabeláže • Channel (kanál) • Mezi dvěma síťovými zařízeními • Maximální délka 100m

13. 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.

14. 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

15. Metalické kabely (Twisted Pair) UTP SSTP

16. Optické kabely (Fiber Optics)

17. 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

18. Konektory RJ-45 Na drát Na lanko

19. Optické konektory SC MTRJ ST LC

20. Telekomunikační zásuvky

21. Patch panely

22. Zapojení RJ-45 konektorů Ethernet 10/100Base-T Ethernet 1000Base-T Switch (HUB) Obě strany Koncové zařízení

23. Zapojení patch kabelů Straight Through (rovný kabel) Crossover (křížený kabel)

24. Měřené parametrystrukturované 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.

25. ACR [dB] = NEXT [dB] – A [dB] dB NEXT [dB] ACR [dB/100m] min. 10dB Attenuation [dB/100m] Frekvence[MHz]

26. Měřené parametrystrukturované 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

27. Chyby v zapojení (WireMap)

28. Měřené parametrystrukturované 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)

29. FEXT, PSNEXT a PSFEXT

30. Měřené parametrystrukturované 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

31. Delay Skew

32. 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.