Predchádzajúci diel sme sa pozreli na zúbok linkovej vrstve a bližšie sme prebrali najrozšírenejšiu linkovú technológiu, ktorou je Ethernet. Dnes sa budeme venovať poslednej, fyzickej vrstve.
Fyzická vrstva (L1)
Pod pojmom fyzická vrstva si niektorí z vás možno predstavia niečo hmatateľné – fyzické. Sčasti budete mať pravdu. Fyzická vrstva sa totiž zaoberá káblami a konektormi. Stará sa o prenos dát vo forme bitov po médiu. Kľúčovými úlohami tejto vrstvy je tiež kódovanie a modulácia. Kódovanie je prevod dát linkovej vrstvy do postupnosti bitov vhodnej pre prenos médiom. Modulácia je zmena istej vlastnosti signálu, ktorou sa vyjadrí hodnota prenášaného bitu.
Fyzická vrstva má veľmi veľký vplyv na výslednú rýchlosť komunikácie. V súvislosti s tým ozrejmíme pojmy ako bandwidth, throughput a goodput.
Bandwidth (šírka pásma) sa dá chápať, ako maximálne teoreticky dosiahnuteľná rýchlosť na danej linkovej a fyzickej technológii. 100Mbps Ehternet má tak bandwidth 100Mbps.
Throughput (priepustnosť) označuje objem prenesených dát vrátane hlavičiek jednotlivých vrstiev a iných režijných údajov za istý časový úsek. Throughput je vždy menší ako bandwidth kvôli prenosu rôznych doplnkových správ, kolíziám, poruchám pri prenose...
Goodput (užitočná priepustnosť) predstavuje objem prenesených používateľských dát za určitý časový úsek. Jedná sa o tie dáta, ktoré majú pre užívateľa zmysel, o dáta bez hlavičiek a režijných údajov. Z logiky napísaného vyplýva, že goodput je vždy menší ako throughput nakoľko už neobsahuje hlavičky a iné doplnkové informácie.
Média fyzickej vrstvy
Môžeme ich deliť na:
- metalické (väčšinou meď)
- optické
- bezdrôtové
Rôzne média majú svoje výhody i nevýhody. Pri výbere záleží najmä na dosiahnuteľnej prenosovej rýchlosť, maximálnej dĺžke média (dosah pri bezdrôtových médiách) a cene.
Metalické média sú v LAN najbežnejšie, aj keď obľúbenou formou je aj Wi-Fi a optika sa tiež snaží presadiť. Metalické média možno deliť na koaxiálne káble a krútené dvojlinky.
Koaxiálne káble už dnes viac menej nepoužívané i keď oproti krúteným dvojlinkám majú lepšie prevádzkové vlastnosti. Sú odolnejšie voči vonkajšiemu rušeniu, majú menšie vyžarovanie a útlm. Bez dodatočnej modulácie však nie sú schopné full duplexu. Dnes sa používajú najmä vo Wi-Fi na pripojenie antény.
Krútené dvojlinky (twisted pair, TP) sú dnes najbežnejšie médium v LAN sieťach. Každý TP kábel pozostáva z 8 farebne odlíšených žíl (farebné rozlíšenie sa hodí to pri rozpoznaní, či ide o krížený alebo priamy kábel). TP existujú vo viacerých variantoch.
Podľa tienenia delíme TP káble na:
- Unshielded Twisted Pair (UTP) – človek znalý angličtiny už vie, že ide o TP kábel bez tienenia
- Screened Twisted Pair (ScTP), Foil Twisted Pair (FTP) – všetkých 8 žíl má spoločné tienenie. Minimalizuje sa tak rušenie z vonkajším prostredím, ale stále je prítomné rušenie medzi žilami navzájom
- Shielded Twisted Pair (STP) , Pais in Metal Foil (PIMF) – okrem toho, že všetkých 8 žil má jedno ,,veľké“ spoločné tienenie, tak aj každý pár žil ma svoje vlastné tienenie. Minimalizuje sa tak nie len interakcia s vonkajším prostredím, ale aj medzi pármi navzájom.
Bez ohľadu na to, aký typ tienenia sa použije je maximálna povolené dĺžka TP kábla 100m.
Zaujímavosť: hovoril som, že TP kábel, ktorým ste možno pripojený počas toho ako čítate tieto riadky, má 8 žíl. No nemusí to tak byť vždy. Len sa pozrite, či ten váš nemá 4 žily. Niekedy totižto stačia i tie 4 žily. Konkrétne 10Mbps a 100Mbps Ethernet využíva len 4 žily (jeden pár pre vysielanie, druhý pár pre prijímanie) a zvyšné 4 žily sú tak povediac na okrasu, prípadne môžu poslúžiť pre napájanie elektrickou energiou (tzv. Power over Ethernet, PoE). 8 žil nachádza plnohodnotné využitie pri 1Gbps Ethernete a vyššom.
Taktiež som už spomenul pojem priamy (straight-through) a krížený (crossover) kábel. Priamy kábel má rovnako zapojené konce, zatiaľ čo krížený má prehodené vstupy a výstupy. Krížený kábel funguje však len pre 10 a 100Mbps Ethernet. Pre 1000Mbps a vyšší nie. Pre lepšiu ilustráciu ponúkam obrázok.
Priamy kábel sa má používať pre prepojenie zariadení ako PC-switch, PC-hub. Krížený by sa mal použiť pri prepájaní dvoch smerovačov navzájom či dvoch prepínačov alebo pri pripojení PC-router. Mnohé smerovače aj prepínače však disponujú funkciou auto-MDIX/MDI, ktorá sa stará o automatické rozpoznanie toho aký typ kábla je pripojený (priamy alebo krížený) a vyberie podľa toho patričnú konfiguráciu aby bol prenos úspešný. Pri prepájaní zariadení s touto funkciou je tak jedno aký typ kábla sa použije.
Pri kupovaní káblov ste sa možno ešte stretli s označením Cat. Ide o kategórie, ktorými sú vyjadrené kabeláže TP káblov. Čím vyššie číslo, tým kvalitnejší kábel (napr. Cat5e).
Powerline alebo sieťové karty do zásuvky
Medzi metalické média by sa dali zaradiť aj bežné elektrické káble v stene, ktoré v drvivej väčšine slúžia na prenos elektriny. Existuje totiž spôsob ako spraviť z elektrických rozvodov aj LAN sieť. Na tento účel sa používajú tzv. Powerline adaptéry na Slovensku známe aj pod názvom sieťové karty do zásuvky. Ide o nie príliš obľúbený spôsob kedy sa súčasne káblami okrem elektriny prenášajú aj dáta, avšak prítomnosť smerovača, ktorý takúto sieť pripája do Internetu je stále nevyhnutná.
Na vytvorenie takejto siete je potrebná aspoň dvojica Powerline adaptérov (väčšina adaptérov je preto dodávaná v páre), pričom jeden z nich sa pripája k smerovaču a druhý k zariadeniu s Ethernetovým portom. Následne stačí oba adaptéry pripojiť do zástrčky a hotovo, sieť je na svete.
Nevýhodou takejto siete je, že pre pripojenie ďalšieho zariadenia do siete je nutné dokúpenie ďalšieho adaptéra, pretože väčšina adaptérov disponuje iba jedným Ethernetovým portom. V prípade, že chcete pripojiť k jednému adaptéru viacero zariadení existujú aj adaptéry, ktoré vysielajú bezdrôtovú sieť. K takémuto adaptéru už nie je problém pripojiť tablet, smartfón či notebook. Najvýkonnejšie Powerline adaptéry dokážu vytvoriť LAN sieť s rýchlosťou až 600Mb/s.
Vytvorenie siete z elektrických káblov má aj svoje výhody. Nemusíte naťahovať po dome nové káble, miesto toho stačí využiť už existujúcu kabeláž. Powerline má v porovnaní s Wi-Fi výhody aj v tom, že vo veľkých priestoroch slúži na zväčšenie siete kde by už Wi-Fi signál nedosiahol, a keďže ide o vedenie dát po kábli má v porovnaní s Wi-Fi aj nižšie hodnoty oneskorenia. Nemenej dôležitým faktorom je aj cena, ktorá sa u najlacnejšej sady dvoch adaptérov pohybuje okolo 30€.
Sieť zostavená z Powerline adaptérov má však aj svoje nevýhody. Tá prvá je menej dôležitá a je ňou fakt, že adaptéry zaberajú miesto v zásuvke. V zásuvke však musia byť pripojené priamo t.j. nie v predlžovacom kábli ani cez prepäťovú ochranu pretože v takom prípade nie je zaručená ich korektná funkčnosť. Kvalita samotného prenosu je vo veľkej miere závislá od kvality použitých káblov vo vedení (ak používate archaické hliníkové elektrické káble o Powerline sieti radšej neuvažujte). Ďalšiu nevýhodu predstavuje rušenie spotrebičmi zapojenými do siete. Príkladom spotrebičov, ktoré degradujú kvalitu prenosu sú ventilátory, práčky, sušičky či vysávače.
Optické a bezdrôtové média
Optické média sú sklenené alebo plastové vlákna, ktoré prenášajú signál vo forme svetelných impulzov istej vlnovej dĺžky. Novšie technológie vedia využiť i rôzne vlnové dĺžky (farby svetla). Medzi výhody v porovnaní s metalickými káblami patrí to, že nie sú ovplyvňované vonkajším prostredím a ani nevyžarujú rušenie. Taktiež nevedú elektrinu a hlavne majú väčší dosah a možno dosiahnuť podstatne vyššiu rýchlosť.
Nevýhodou je jednoznačne cena a zložitejšia inštalácia.
Optické káble sú tvorené jadrom, plášťom a ochranným obalom. Podľa priemeru jadra ich delíme na:
- jednovidové (single mode, priemer 9 mikrometrov) - prenášajú len jeden mód (lúč) šírenia svetla. Majú oveľa lepšie prevádzkové vlastnosti a pomocou nich sa dajú dosiahnuť vzdialenosti až niekoľko 10km. Výroba je však drahšia ako aj nároky na správnu inštaláciu.
- viacvidové (multimode, priemer 50 mikrometrov alebo 62,5 mikrometra) – prenášajú niekoľko módov šírenia svetla. Majú väčší útlm a horšie prenosové vlastnosti. Dosah je rádovo niekoľko stoviek metrov. Sú však lacnejšie.
Bezdrôtové média
Prenášajú informácie vo forme elektromagnetického vlnenia. Patria sem:
- 802.11 WiFi
- 802.15 Bluetooth
- 802.16 WiMAX
- GSM, GPRS, EDGE
Výhody sú očividné. Mobilita, plošné pokrytie, flexibilita, odpadáva nutnosť ťahať káble...
Nevýhody sú, že je takúto prevádzku pomerne ľahko odpočúvať, signál je prakticky nemožné obmedziť, výkon siete kolíše a ide o half-duplexné prostredie. Viac o Wi-Fi v samostatnom článku.
Toľko v krátkosti k poslednej vrstve OSI modelu, ktorou bola fyzická vrstva. V budúcej časti si detailnejšie posvietime na technológiu Wi-Fi a povieme si aj ako čo najlepšie nakonfigurovať domácu Wi-Fi sieť.
R