Siete LAN

Siete LAN

Local area network (LAN) - lokálna sieť je počítačová sieť, spájajúca počítače a ďalšie zariadenia, pokrývajúca menšiu geografickú oblasť (do niekoľko 1000m), ako napríklad domácnosť, kancelárie, alebo skupinu budov. Súčasné LAN bývajú najčastejšie založené na prepínaných ethernetových sieťach, alebo na technológii Wi-Fi.

Lokálne siete bývajú oproti WAN zvyčajne rýchlejšie, menej rozsiahle a nevyžadujú prenájom telekomunikačných liniek. LAN sa skladá z aktívnych a pasívnych prvkov. Aktívne prvky, ako napríklad DHCP server, switch, či router, nejakým spôsobom reagujú
na signál, ktorý cez ne prechádza. Naproti tomu sú pasívne prvky, ako napríklad kabeláž, či hub.

Aj keď je dnes prepínaný ethernet na fyzickej a linkovej vrstve spolu s protokolom TCP/IP najbežnejší, v minulosti bolo využívaných mnoho iných riešení, pričom niektoré sú dodnes obľúbené. Väčšie lokálne siete môžu mať kvôli zvýšeniu odolnosti voči výpadku nadbytočné linky a routery alebo switche prepájajúce jednotlivé časti siete a umožňujúce reakciu na poruchu. Lokálne siete je možné prepájať pomocou aktívnych prvkov medzi sebou navzájom alebo s internetom.


História

V minulosti slúžili siete hlavne na komunikáciu centrálneho počítača s terminálmi cez jednoduché pripojenie s nízkou rýchlosťou.

Prvé lokálne siete vznikli v sedemdesiatych rokoch 20. storočia, za účelom spojiť viacero centrálnych počítačov do jednej siete. Z rôznych riešení boli najpopulárnejšími ethernet a ARCNET.

Vývoj a následné rozšírenie osobných počítačov malo za následok vznik sietí so stovkami prvkov. Najvýznamnejším dôvodom prečo vytvárať siete bolo hlavne zdieľanie diskového priestoru a tlačiarní, prípadne iných periférii. Tento koncept bol však zmarený vznikom veľkého množstva nekompatibilných implementácii sieťových protokolov a fyzickej vrstvy. Zvyčajne mal každý
výrobca vlastný typ sieťovej karty, kabeláže, protokolov a sieťového operačného systému. Riešenie sa objavilo s Novell NetWare, ktorý poskytoval podporu rôznym typom hardwaru, a zároveň bol oproti svojim konkurentom najviac rozvinutý. NetWare dominoval lokálnym sietiam do roku 1990, kedy Microsoft uviedol Windows NT Advanced Server.

V rovnakom čase pracovné stanice s operačným systémom UNIX využívali siete založené na TCP/IP. Táto technológia mala pokračujúci vplyv na internet a dnes protokol TCP/IP takmer kompletne nahradil IPX, AppleTalk, NETBEUI a ďalšie protokoly využívané pôvodnými LAN.


Normy IEEE

História

IEEE, plným názvom Institute of Electrical and Electronics Engineers (slovensky „Inštitúcia pre elektrotechnické a elektronické inžinierstvo“) je medzinárodná nezisková profesionálna organizácia usilujúca o vzostup technológií súvisiacich s elektrotechnikou. Tento inštitút číta najviac členov technickej profesie vo svete, a to cez 360 000 v 175 krajinách. Sídlo má v USA v štáte New York.

IEEE je zapísané v štáte New York. Bolo vytvorené v roku 1963 zlúčením Institute of Radio Engineers (IRE, založené 1912) a American Institute of Electrical Engineers (AIEE, založené 1884). Hlavnými záujmami AIEE boli drátové komunikácie (telegrafné a telefónne) a elektrické siete. IRE sa týkalo hlavne rádiotechniky a vytvorilo se z dvoch menších organizácií - Society of Wireless and Telegraph Engineers a Wireless Institute. So vzostupom elektroniky v tridsiatych rokoch sa elektroinžinieri zvyčajné stávali členmi IRE, používanie elektróniek sa ale natoľko rozšírilo, že bolo náročné rozpoznať hranice v oblasti techniky rozlišujúce IRE od AIEE.


Po 2. svetovej vojne si tieto dve organizácie stále viac konkurovali, takže sa ich ich vedenie rozhodlo v roku 1961 spojiť. Tieto dve organizácie boli formálne zlúčené v IEEE 1. januára 1963.

Medzi významných predstaviteľov IEEE a jeho zakladajúce organizácie patria:
 

Elihu Thomson (AIEE, 1889-1890)
Alexander Graham Bell (AIEE, 1891-1892)
Charles Proteus Steinmetz (AIEE, 1901-1902)
Lee De Forest (IRE, 1930)
Frederick E. Terman (IRE, 1941)
William R. Hewlett (IRE, 1954)
Ernst Weber (IRE, 1959; IEEE, 1963)
Ivan Getting (IEEE, 1978)

Súčasnými prezidentmi (2007) sú Leah H. Jamieson pre IEEE a John W. Meredith pre IEEE-USA.


Štandardy a štandardyzačno - vývojový proces IEEE

IEEE je jedna z predných štandardyzačno-vývojových organizácií na svete. Vykonáva vývojové a údržbové funkcie, a to cez IEEE Standards Association (IEEE-SA). V roku 2005 IEEE uzavrelo na 900 platných štandardov, s 500 štandardmi vo vývoji. Jedným z
dôležitých štandardov IEEE je skupina štandardov IEEE 802 LAN/WAN, ktorá zahŕňa IEEE 802.3 Ethernet a IEEE 802.11 Wireless Networking štandardy.

Vývoj štandardyzačnych procesov IEEE môže byť rozdelený do siedmich nasledujúcich krokov:

1) Zaistenie sponzorov: Organizácie, schválená inštitútom IEEE, musí sponzorovať štandard. Sponzorujúca organizácia má na
starosť koordináciu a dohľad nad vývojom štandardu od začiatku do konca. Profesionálne spoločnosti v IEEE slúžia ako prirodzený sponzor pre mnoho štandardov.

2) Požiadavka autorizácie projektu (PAR): K obdržaniu autorizácie pre štandard je nutné požiadať IEEE-SA Standarts Board
(výbor pre štandardy). Komisia pre nové štandardy (New Standards Committee - NesCom) z IEEE-SA Standart Board posúdi požiadavku autorizácie projektu (PAR) a vydá doporučenie o jej schválení výborom pre štandardy.

3) Po schválení požiadavky autorizácie je pracovná skupina zostavená pre vývoj štandardu. IEEE-SA dohliada na to, aby
všetky pracovné schôdzky skupín boli verejné a aby na nich mal každý právo účasti a príspevku.

4) Návrh štandardov: Pracovná skupina pripraví koncept navrhovaného štandardu. Zpravidla návrh zprevádza manuál
štandardyzačného spôsobu IEEE, ktorý nastaví “pokyn” pre právo a formát dokumentu štandardu.

5) Tajné hlasovanie: Akonáhle je návrh štandardu v pracovnej skupine dokončený, je predložený k schváleniu v tajnej
voľbe. Oddelenie štandardov IEEE pošle pozvánku k voľbe každému, kto vyjadril záujem o vecnú stránku štandardu. IEEE požaduje pre schválenie návrhu štandardu aspoň 75% kladných hlasov. Keď návrh neprejde, je vrátený k prepracovaniu.

6) Zhodnotenie komisie: Po obdržaní 75% doporučení je predložený návrh štandardu ďalej spolu s poznámkami (voličov na
tajných voľbách) inštitúcii IEEE-SA Standards Board Review Committee (RevCom). RevCom recenzujú navrhnutý koncept štandardu proti IEEE-SA Standards Board Bylaws a dohody obsiahnuté v IEEE-SA Standards Board Operations Manual. RevCom
potom podá doporučenie, či schváliť předložený návrh štandardyzačného dokumentu.

7) Finálna voľba: Každý člen IEEE-SA Standards Board umiestni konečný hlas na předložený štandardyzačný dokument. K získaniu konečného schválenia štandardu je potrebná väčšina hlasov Štandardyzačného výboru. Zvyčajne keď RevCom doporučí schválenie štandardu, štandardyzačný výbor ho uzná.


IEEE - 488

Hewlett-Packard pôvodne vyvinul rozhranie pre počítačmi riadené meracie systémy v roku 1960. Nazývalo sa HP-IB (Hewlett-Packard Interface Bus). HP-IB sa rýchlo stalo veľmi populárnym, preto z neho (normotvorná organizácia) organizácia IEEE (Institute for Electrical and Electronics Engineers) vytvorila štandard s označením GPIB (General Purpose Instrumentation Bus). Norma bola prevzatá aj v krajinách RVHP pod názvom IMS-2, avšak so zmeneným konektorom.

IEEE 488

Bolo prvý krát zavedené v roku 1978. Neskôr v roku 1980 bola pridaná do štandardu IEEE-488 nová vrstva a stará norma IEEE 488 bola premenovaná na IEEE 488.1, nová dostala označenie IEEE 488.2.

IEEE 488.2

zahrňuje minimálne požiadavky pre ovládače (kontroléry) a možnosti (funkcie) zariadení (rozpravac, posluchac, kontrolér). Takisto je v novej špecifikácii (oproti IEEE 488.1) podrobnejšie definovaný formát a kódovanie údajov, štruktúra komunikačného protokolu a správ medzi kontrolérom a zariadením.
Vlastnosti

Prenosová rýchlosť 1 MBps.
Maximálne 14 meracích zariadení + systémový kontrolér môže byť paralelne prepojených na zbernici.
Maximálna dĺžka zbernice 20 m, maximálna vzdialenosť medzi zariadeniami je 2 m.
Správy sú vysielané po 1 bajte (8 bitov) súčasne.

24 zbernicových vodičov sa delí na 4 skupiny:

Príkazové a údajové vodiče (DIO1 – DIO8).
Vodiče nadviazania spojenia (DAV, NDAC, NRFD).
Vodiče riadenia zbernice (ATN, IFN, REN, SQR, EOI).
Zemniace vodiče na tienenie a ukostrenie.


Zariadenia môžu byť zapojené v zbernici do hviezdy alebo sériovo (sekvenčne) za sebou. V praxi môžme zapojiť maximálne 3 konektory jeden na druhý.


IEEE 802.11, nazývaný aj wi-fi štandard poukazuje na súbor Wireless LAN štandardov vyvinutých pracovnou skupinou 11 Štandardizačného výboru IEEE pre LAN/WAN (IEEE 802). Termín 802.11x je taktiež používaný na pomenovanie týchto tejto skupiny štandardov a nemal by byť používaný iba pre niektorý element tohto súboru. Neexistuje žiaden samostatný štandard 802.11x..

Rodina 802.11 v súčasnosti obsahuje šesť úprav techník komunikácie vzduchom, ktoré využívajú ten istý protokol. Najpopulárnejšie sú techniky definované pozmeňujúcimi návrhmi b, a a g pôvodného štandardu, ktorý pôvodne zahŕňal aj otázku bezpečnosti a neskôr bola prepracovaná v pozmeňovacom návrhu 802.11i. Ostatné štandardy rodiny (c-f, h-j, n) sú servisné vylepšenia, rozšírenia alebo opravy pôvodnej špecifikácie.802.11b bol prvý všeobecne prijatý štandard. Nasledovali 802.11a a 802.11g.

Štandardy 802.11b a 802.11g používajú frekvenciu 2.4 GHz, ktorá môže byť rušená mikrovlnnými trúbami, bezdrôtovými telefónmi, Bluetooth zariadeniami a inými aplikáciami využívajúcimi túto frekvenciu. Štandard 802.11a už používa rozsah 5 GHz a preto nie je ovplyvňovaný zariadeniami z rozsahu 2.4 GHz.


802.11 pôvodné

Pôvodná verzia štandardu IEEE 802.11 vydaná v roku 1997 definovala dve rýchlosti 1 a 2 Mbit/s prenesených infračerveným signálom alebo na frekvencii 2.4 GHz. Infračernené signály sú stále súčasťou štandardu, ale nevyužívajú sa

Originál definoval ako prístup k médiu metódu Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA|CA). Značné percento dostupnej kapacity prenosového kanála je obetované (mechanizmom CSMA|CA) za účelom zvýšenia spoľahlivosti pri
prenose údajov cez rôzne heterogénne a znečistené prostredia.


Nevýhodou tohto pôvodného štandardu bola ponuka viacerých možností prepojenia, ktoré bolo možné realizovať. V skutočnosti je to skôr nejaká „meta-špecifikácia“, než nekompromisná špecifikácia, ktorá akceptovala rôznym individuálnym výrobcom
prispôsobovať si svoje produkty. Preto bola rýchlo nahradená štandardom 802.11b. Všeobecné prijatie sietí typu 802.11 nastalo až po ratifikácii 802.11b.


802.11b

Doplnok 802.11b k pôvodnému štandardu bol ratifikovaný v roku 1999. 802.11b definuje maximálnu priepustnosť 11 Mbit/s a využíva ten istý CSMA/CA prístup ku médiu ako bol definovaný v originálnom štandarde. Kvôli hlavičke CSMA/CA protokolu však v skutočnosti umožňoval maximálne priepustnosť 5.9 Mbit/s použitím TCP a 7.1 Mbit/s použitím UDP rámca.

Produkty rešpektujúce štandard 802.11b sa na trhu objavili veľmi rýchlo vzhľadom na fakt, že 802.11b je priamym rozšírením DSSS (Direct-sequence spread spectrum) modulačnej technológie definovanej v pôvodnom štandarde. Technicky, 802.11b
štandard využíva Komplementárny kódovací kľúč (CCK) ako svoju modulačnú techniku, ktorá je variantom CDMA. Preto boli chipsety a produkty ľahko prerobené na rozšírenie 802.11b. Dramatický nárast výkonu 802.11b oproti 802.11 spolu so znížením ceny viedol ku rapídnej akceptácii 802.11b ako definitívnej wireless LAN technológie.
802.11b je zvyčajne využívaný v poiny-to-multipoint topológiách, kde prístupový bod komunikuje prostredníctvom viacsmerovej antény s jedným alebo viacerými klientmi umiestnenými v oblasti pokrytej prístupovým bodom. Typický rozsah vo vnútri budovy je 30 metrov pri rýchlosti 11 Mbit/s a 90 metrov pri 1 Mbit/s. S vysoko výkonnými externými anténami, protokol umožňuje aj upravené prepojenie point-to-point, sú typické vzdialenosti pokrytia do 8 km avšak niektoré správy dokumentujú aj úspešný prenos do 80 – 120 km v miestach, kde bez prekážok.

Karty 802.11b operujú s rýchlosťami 11 Mbit/s, ale škálujú sa na 5.5, potom 2 a 1 Mbit/s (Adaptívna selekcia rýchlosti) v prípade zhoršenej kvality signálu. Keďže prenos nižšími rýchlosťami využíva menej komplexné a nadbytočnejšie metódy šifrovania dát, sú menej náchylné na poruchy v dôsledku interferencií alebo poruche signálu. Existujú rozšírenia 802.11b na rýchlosti 22, 33 a 44 Mbit/s ale neboli zakotvené v IEEE štandarde. Nazývajú sa aj 802.11b+. Tieto rozšírenia boli odstránené vývojom 802.11g, ktorý definuje prenosové rýchlosti až do 54 Mbit/s a je spätne kompatibilný s 802.11b.


Sieťová karta (NIC – Network Interface Controller)

Sieťová karta je rozširujúcou kartou počítača, ktorá sa zasúva do zbernice počítača, avšak väčšina nových počítačov má sieťovú kartu integrovanú priamo na matičnej doske. Existujú aj externé sieťové karty pripájajúce sa cez externé konektory počítača (USB, PCMCIA ...). Sieťová karta z logického hľadiska obsahuje elektronické obvody potrebné na komunikáciu použitím špecifickej fyzickej vrstvy a linkovej vrstvy, ako napríklad dnes najpoužívanejší ethernet. To poskytuje základ na sieťový protokolový zásobník, umožňujúc komunikáciu v malých skupinách počítačov na rovnakej lokálnej sieti a komunikáciu na veľké
vzdialenosti pomocou smerovateľných protokolov, ako IP.

Interná sieťová karta je klasická rozširujúca karta pre zbernicu počítača (PCI, PCIE, ISA apod.). Z hľadiska zbernice sieťová karta na prenos dát používa I/O adresu, DMA a IRQ. Na karte sa obvykle nachádza:

- špecializovaný komunikačný obvod – jadro karty. Jedná sa o špecializovaný komunikačný procesor obsahujúci všetko, čo komunikácia cez LAN vyžaduje, ktorý výrazne zjednodušuje jej konštrukciu. Najväčší výrobcovia obvodov sú Realtek (RTL...), 3COM, SMC, Intel ...

- ROM pamäť – resp. pätica pre pamäť - tzv. BOOT ROM pamäť s programom umožňujúcim pripojenie k sieti LAN bez dodatočného komunikačného softvéru. Umožňuje postaviť počítač bez operačného systému - bezdiskovú stanicu (tzv. terminál, pracovná stanica), ktorý si všetok softvér potrebný pre prácu stiahne z hlavného počítača – servera.

- napäťový menič na z 5V na 9V, potrebný pre niektoré druhy sietí. Na lište sa nachádza konektor podľa použitej linky (BNC, RJ-45 – TP, Token Ring, AUI...) kam sa pripája komunikačný sieťový kábel. LED diódy na indikáciu aktivity siete a prítomnosti signálu v sieti.

Základné údaje sieťových kariet:

- typ pripojenia (BNC, RJ45 konektor, AUI konektor, optika)
- prenosová rýchlosť (10, 100, 1000 Mbit/s)
- veľkosť karty (výška) podľa použitej skrinky
- MAC adresa – jedinečný číselný kód pre jednoznačnú identifikáciu karty v sieti. Na svete by nemali byť dve karty s rovnakou MAC adresou (niektoré typy kariet ho však majú nastaviteľný)

Známy výrobcovia sieťových kariet: 

3Com Corporation
Broadcom
D-Link
Intel
Novell
Realtek
ETHERNET

Ethernet je jeden z typov lokálnych sietí, ktorý realizuje vrstvu sieťového rozhrania. V lokálnych sieťach sa Ethernet presadil u 80 % všetkých inštalácií. Jeho popularita spočívá v jednoduchosti protokolu a tým aj v ľahkej implementácii i inštalácii.

Pôvodný protokol s prenosovou rýchlosťou 10 Mbit/s bol vyvinutý firmami DEC, Intel a Xerox pre potreby kancelárskych aplikácií. Neskôr boll v mierne zmenenej podobe normalizovaný inštitútom IEEE ako norma IEEE 802.3. Táto norma bola prevzatá ISO ako ISO 8802-3. Autori pôvodného Ethernetu vytvorili upravenú verziu Ethernet II, ktorá zmenila niektoré časové konštanty s cieľom dosiahnuť vyššiu kompatibilitu so štandardom 802.3. Medzi obomi špecifikáciami však zostal rozdiel vo formáte rámca.
Princíp

Klasický Ethernet používal zbernicovú topológiu – teda zdielané médium, kde všetci počujú všetko a v každom okamžiku môže vysielať jen jeden. Jednotlivé stanice sú na ňom identifikované svojimi hardwarovými adresami (MAC adresa). Keď stanica obdrží
paket s inou ako vlastnou adresou, zahodí ho (karty však možno prepnúť do promiskuitného režimu, kedy prijímajú všetky pakety, táto možnosť sa využíva napr. pri monitorovaní siete).

Pre prístup k zdielanému prenosovému médiu (zbernici) sa používá metóda CSMA/CD (Carrier Sense with Multiple Access and Collision Detection), slovensky metóda mnohonásobného prístupu s naslúchaním nosnej a detekciou kolízií.

Stanica (sieťová karta), ktorá potrebuje vysielať, naslúcha čo sa deje na prenosovom médiu. Pokiaľ je v kľude, začne stanica vysielať. Môže sa stať (v dôsledku oneskorenia signálu), že dva stanice začnú vysielať přibližně v ten istý okamih. Ich signály sa
pochopiteľne navzájem skomolia. Táto situácia sa nazývá kolízia a vysielacie stanice ju poznajú podľa toho, že behom svojho vysielania zároveň zistia príchod cudzieho signálu. Stanice, ktorá detekuje kolíziu, pošle krátký signál (jam o 32 bitoch). Potom se všetky vysielacie stanice odmlčia a neskôr sa pokúsia o nové vysielanie.

Medzi opakovanými pokusmi o vysielanie stanica počká vždy náhodnú dobu. Interval, z kterého sa čakacia doba náhodne vyberá, sa behem prvých desiatich pokusov vždy zdvojnásobuje. Stanica tak pri opakovaných neúspechoch „riedi“ svoje pokusy o vysielanie a zvyšuje tak pravdepodobnosť, že sa o zdielané médium úspěšne podelí s ostatnými. Pokiaľ sa behom šestnástich pokusov nepodarí rámec odvysielať, stanica svoje snaženie ukončí a ohlási nadriadenej vrstve neúspech.

Ku kolízii môže dôjsť len v dobe, ktorá uplynie od začiatku vysielania do okamihu, kedy signál vysielaný stanicou obsadí celé médium (potom už prípadní ďalší záujemci o vysielanie zistí, že médium nie je voľné a počkajú na jeho uvoľnenie). Tento interval sa nazývá kolízne okienko a musí byť kratšie, než je doba vysielania najkratšieho rámca. Inak by mohlo dochádzať k nezisteným kolíziám (dve vzdialené stanice odvysielajú krátke rámce, ktoré sa na kábli pretnú a skomolia, ale obe stanice ukončia vysielanie skôr, ako k nim príde kolidujúci signál).


Táto metóda prístupu k médiu je veľmi efektívna pri nižšom zaťažení siete (cca 30 % šírky pásma). Jej efektivita klesá pri väčšom počte záujemcov o vysielanie, kedy môže dôjsť k exponenciálnemu nárastu kolízií. Efektivita CSMA/CD je vyššia pre dlhšie rámce, pretože pri ich prenose je výhodnější pomer medzi trvaním kolízneho okienka a vysielaním dát.

Jednotlivé varianty protokolu sa značia napr. 10Base5, 100Base-TX a podobne. Prvá číslica určuje maximálnu prenosovú rýchlosť v megabitoch za sekundu. Nasleduje označenie pásma (všetky verzie Ethernetu pracujú v základnom pásme, preto vždy obsahujú „Base“) a určenie druhu prenosového média.


REPEATER (opakovač)

Opakovač (anglicky repeater) je elektronický aktívny sieťový prvok ktorý príma skreslený, zašumený alebo inak poskodený signýl a opravený, zosilnený a správne časovaný ho vysiela ďalej. Tak je možné ľahko zvýšiť dosah média bez straty kvality a obsahu signálu. Opakovače patria do prvej (fyzickej) vrstvy referenčného modelu OSI, pretože pracujú priamo s elektrickým signálom.


Digitálna komunikácia

V digitálních komunikačních systémoch, je za repeater označované zariadenie, ktoré príma digitálny signál na elektromagnetických alebo optických prenosových médiách a regenerovaný ho vysiela do ďalšej vetvy média. Repeater vyrovnáva útlm spôsobený elektromagnetickým poľom alebo stratami v médiu. Viac repeaterov za sebou, umožňuje ešte viac predĺžiť dosah signálu - neplatí u ethernetu z dôvodu použitia kolíznych protokolov CSMA/CD, založených na možnosti detekovať kolízie a na predpoklade, že kolíziu dokážu rospoznať všetky uzly. Použitie opakovačov totiž vnáša nezanedbateľné oneskorenie do celkovej doby, ktorú signálu trvá, než prejde cestu z jedného konca siete na druhý. Pokiaľ by táto doba presiahla určitú hranicu, mohlo by dôjsť k veľmi zaujímavej, ale bohužiaľ veľmi nežiadúcej situáciii: kolízia by bola detekovateľná len v časti
siete, a nie v celej sieti (napríklad len "uprostred", a nie "na koncoch")

Repeater odstraňuje nechcený šum v prichádzajúčom signále. Na rozdiel od analógového signálu, môže byť digitálny, ak je príliš slabý alebo poškodený, analyzovaný a opravený. Analógový signál býva zesilnený pomocou zosilňovačou, ktoré rovnako tak, ako dáta, bohužiaľ zosilňujú aj šum.

Pretože digitálny signál závisí na prítomnosti, alebo absencii napetia, má tendenciu skreslovať sa oveľa rýchlejšie, než analógový signál, potrebuje omnoho častejšie opakovanie. Tam kde sa analógové repeateri umiestňujú až v osemnásť kilometrových intervaloch, digitálne približne v dvoch až šiestich.
Bezdrôtová komunikácia

U bezdôtových systémov sa repeater skladá z rádio prijímača, zosilňovača, vysielača, izolátora a dvoch antén. Vysielač generuje signál na odlišnej frekvencii od signálu na vstupe - toto sa nazýva frequency offset a je potrebný k ochrane vstupu pred zarušením od zosilneného signálu na výstupe. Izolátor v tomto prípade poskytuje dodatočnú ochranu. Opakovače sa strategicky umiestňujú na strechy vysokých budov, vrcholky kopcov a podobne. Takto sa dá jednoducho zvýšiť výkon i pokrytie bezdrátovej siete.


Optické vlákna

Repeater je zložený z fotobunky (prijímača), zosilňovača a svetla emitujúcej (LED) alebo infra-diódy (IRED). Optický signál najskôr prevedie na elektrický a po z restaurovnaní opäť na optický, ktorý je vysielaný ďalej do optického vlákna. Optické opakovače pracujú s omnoho menšími výkonmi, ako opakovače bezdrátové, a taktiež sú oveľa jednoduchšie a lacnejšie. Naprietk tomu ich výroba vyžaduje omnoho vyššiu presnosť a kvalitu k minimalizácii vnútorného šumu elektrických obvodov.


HUB (rozbočovač)

Ethernetový rozbočovač (z angl. ethernet hub) je aktívny prvok počítačovej siete, ktorý umožňuje jej vetvenie a je základom sietí s hviezdicovou topológiou. Chová sa ako viacportový opakovač. To znamená, že všetky dáta, ktoré prichádzajú na jeden z portov skopíruje na všetky ostatné porty, bez ohľadu na to, na ktorom porte sa nachádza zariadenie, ktorému sú dáta adresované. Rozbočovač zväčšuje kolíznu doménu. To má za následok, že všetky zariadenia na danom segmente siete „vidia“ všetky rámce, aj tie, ktoré sú adresované iným zariadeniam a u väčších sietí to znamená zbytočné preťažovanie tých zariadení, ktorým dáta v skutočnosti nepatria.

Nástupcom sieťových rozbočovačov sú prepínače (switche), ktoré sieťovú prevádzku inteligentne prepínajú. Udržiavajú si prehľad o tom, ktoré zariadenie je pripojené ku ktorému portu a dáta potom odosielajú len na daný port (mikrosegmentáciou vytvárajú kolízne domény iba medzi pármi medzi sebou komunikujúcich zariadení).

V súčasnej dobe sú rozbočovače skôr lacnejšou, ale menej efektívnou alternatívou ku prepínačom. Používajú sa väčšinou v menších domácich alebo podnikových sieťach. S tým, ako klesajú ceny prepínačov (rok 2007) sa rozbočovače pomaly prestávajú
vyrábať a predávať


Bridge (most)

Most (anglicky bridge) označuje v počítačovej sieti sieťové zariadenie, ktoré spojuje dve časti siete na druhej (linkovej) vrstve
referenčného modelu ISO/OSI. Most je pre protokoly vyšších vrstiev transparentný (neviditeľný), oddeľuje beh rôznych segmentov siete a tým zmenšuje i zaťaženie siete.

Princíp - Most oddeľuje beh dvoch segmentov siete, tak že si vo svojej paměti RAM sám zostaví tabulku MAC (fyzických) adries a portov, za ktorými sa dané adresy nachádzajú. Ak leží príjemca v rovnakom segmente ako odosielateľ, most rámce do iných častí siete neodošle. V opačnom prípade ich odošle do príslušného segmentu v nezmenenom stave (týka sa iba tzv. Unicast
rámcov, ktoré sú určené jedinému príjemcovi).

Mosty používajú dve základné metódy prepojovania sietí:

Transparent bridging (transparentný, priehľadný, premosťovací) je používané predovšetkým pre ethernetové siete (prípadne i pre FDDI siete). Mosty sú neviditeľné (priehľadné) pre koncové stanice, ktorým sa prepojené siete javia ako jedna lokálna sieť. Na začiatku most vôbec nevie ako sú jednotlivé stanice v sieti rozložené a musí paket prijatý na jednej sieti poslať do všetkých ostatných pripojených sietí, pretože ešte nevie, kde sa cieľová stanica nachádza. Postupne sa ale vie naučiť ako sú stanice v sieti rozložené.

Source route bridging (zdrojové smerovanie) je používané v spojení s token-ring sieťami. Oproti prvej metóde, kde sa kládli väčšie nároky na most, je tu tomu naopak a cieľom je, aby byl most čo nejjednoduchší. Každý paket musí okrem adresy odosielateľa a príjemcu obsahovať i postupnosť adries všetkých mostov, ktorými musí paket prejsť. Vysielajúca stanica si teda najskôr než pošle prvý paket, musí zistiť celú cestu k cieľovej stanici.
Výhody sieťového mostu:

- Nie je ho treba konfigurovať
- Znižuje veľkosť kolíznej domény
- Je transparentný k protokolom z vyšších vrstiev
- Je lacnejší než router


Nevýhody sieťového mostu:

- Neobmedzuje rozsah všesmerového vysielania
- Vyššie latencie, než majú opakovače (repeater) z dôvodu čítania MAC adresy
- Drahšie než opakovače
- Premosťovaním rôznych MAC protokolov dochádza k chybám

Bridging a Routing (smerovanie) sú podobné zariadenia toku dát, ale pracujú pomocov rôznych metód. Bridging funguje na 2. (linkovej) vrstve (L2), routing potom na 3. (sieťovej) vrstve (L3) referenčného modelu ISO/OSI. Most teda smeruje rámce podľa ich hardwarovej MAC adresy, zatiaľ čo router sa rozhoduje podľa IP adresy vo vnútri prenášaného datagramu. Klasický most preto nie je schopný rozlišovať siete. Z rôznych dôvodov sa však do mostov táto schopnosť implementuje, takže most může ležať na pomedzí.

Pri projektovaní väčšej siete si musíme vybrať medzi premostením alebo rozdelením na rôzne podsiete prepojené routermi. Pokiaľ je v routovanej sieti počítač fyzicky presunutý z jednej sieťovej oblasti do inek, musí mu byť pridelená iná IP adresa. Pokiaľ je počítač presunutý vo vnútri premostenej (bridged) siete, nie je treba nič prekonfigurovávať.


SWITCH (prepínač)

Switch (slovensky prepínač) je aktívny sieťový prvok, prepojujúci jednotlivé segmenty siete. Switch obsahuje väčšie či menšie množstvo portov (až niekoľko stoviek), na ktoré sa pripájajú sieťové zariadenia alebo časti siete. Pojem switch sa používa pre rôzne zariadenia v celej rade sieťových technológií.


Spôsob preposielania rámcov

- Store and forward - Koncepčne pracujú spôsobom „store and forward“ – paket z jedného rozhrania príjmu, uložia si do vyrovnávacej pamäte, prezkúmajú jeho hlavičky (skontrolujú FCS) a následne odvysielajú do príslušného rozhrania.
- Cut through - Súčasné switche ale tento proces často optimalizujú, takže k analýze hlavičiek dochádza akonáhle dorazí začiatok
paketu. Ani s vysielaním do cieľového rozhrania sa nečaká, až dorazí celý paket, ale zahajuje sa čo najrýchlejšie, aby oneskorenie paketu vo switchi bolo minimálne.
- Fragment free - switch začne preposielať rámec až po prijatí 64bitov, kedy sa uistí, že na danom segmente nevznikla kolízia - má význam v prípade, kedy je do switchu pripojený Hub.


Kabeláž

Krútená dvojlinka:

Krútená dvojlinka, alebo tiež krútený pár je druh káblu, ktorý je používaný v telekomunikačných a počítačových sieťach. Krútená dvojlinka je tvorená pármi vodičov, ktoré sú po svojej dĺžke pravideľným spôsobom zkrútené a následne sú do seba zakrútené i sami výsledné páry (anglicky: twisted, odtiaľ i twisted pair, či skrátene „twist").

Obidva vodiče sú v rovnocennej pozícii (i v tom zmysle, že žiadny z nich nie je spojovaný so zemou či s kostrou), a preto krútená dvojlinka patrí medzi tzv. symetrické vedenia. Signál prenášaný po krútenej dvojlinke je vyjadrený rozdielom potenciálov oboch vodičov.

Dôvody krútenia

Dôvodom krútenia vodičov je zlepšenie elektrických vlastností káblov. Minimalizujú sa presluchy medzi pármi a znižuje sa interakcia medzi dvojlinkou a jej okolím, tj. je obmedzené vyžarovanie elektromagnetického žiarenia do okolia i jeho príjem z okolia.
Vychádza sa z princípu elektromagnetickej indukcie. Dva súbežne vedúce vodiče sa chovajú ako anténa: pokiaľ je nimi prenášaný nejaký striedavý signál, vyžarujú do svojho okolia elektromagnetické vlny. Konkrétny efekt takého vyžarovania
samozrejme závisí na mnohých faktoroch (frekvencia signálu, fyzické prevedenie súbežných vodičov atd.), ale pri prenosových rýchlostiach dnešných počítačových sietí efekt vyžaovania už nie je zdaľeka zanedbateľný.

Efekt „vyžarujúcej antény " možno ale výrazne znížiť tým, že se obidva vodiče pravidelne zkrútia. Vyžarovanie sa tým síce neodstráni úplne, ale zníži sa na takú mieru, ktorá už môže byť prijatelne nízka (v tom zmysle, že ani neohrožuje ľudské zdravie, ani neovlivňuje iné zariadenia či iné prenosové cesty). V praxi samozrejme môže záležať na konkrétnych fyzických dispozíciách a dalších požiadavkoch, ale i na normách či legislatívnych úpravách, a výsledná miera vyžarovania krútenej dvojlinky bez daľšieho tienenia môže stále byt ešte príliš vysoká. Potom musí byť namiesto tzv. netienenej krútenej dvojlinky (UTP, Unshielded Twisted Pair) použitá dvojlinka tienená (STP), ktorá vďaka svojmu tieneňiu vykazuje nižšiu mieru vyžarovania.


Kategórie

Krútená dvojlinka sa presadila do sveta lokálnych počítačových sietí vďaka jednému čisto praktickému dôvodu: v USA sa totiž nové budovy vybavovali značne preddimenzovanými telefónnymi rozvodmi (v očakávaniach, že pri dodatočnej potrebe zaviesť do nějakej miestnosti telefón nebude nutné znova vŕtať do stien.). Keď potom prišlo i na zavádzanie počítačových sietí a ich datových rozvodov, celkom zákonito muselo niekoho napadnúť: „a neišlo by pre tieto dátové rozvody použiť už existujúcu, ale nevyužitú telefónnu kabeláž"? A keďže v USA používali i pre telefónne rozvody kvalitne krútenú dvojlinku (v zásade takú, aká je dnes označovaná ako kategória 3), k realizácii výbornej myšlienky chýbalo jediné: upraviť najpoužívanějšiu prenosovú technológiu lokálnych sietí (tj. Ethernet) tak, aby namiesto po koaxiálnom kábly dokázal „behať" i po pôvodnej telefónnej krútenej dvojlinke. Po štandardoch 10Base5 a 10Base2, ktoré hovoria ako prevádzkovať Ethernet po koaxiálnom kábly, tak uzrel svetlo sveta ďalší štandard, 10BaseT (kde T je od: Twist).

Kategória 1: Tento typ rozvodov nie je určený k dátovým prenosom, možno ho použiť napr. k telefónnym rozvodom. Prenosové rýchlosti do 1 Mbit/s, vhodné napr. pre analógové telefónne rozvody , ISDN a podobne.

Kategória 2: Určené pre prenos dát, s maximálnou šířkou pásma 1,5 MHz. Používa sa pre digitálny prenos zvuku a predovšetkým pre rozvody IBM Token Ring. Prenosové rýchlosti okolo 4 Mbit/s.

Kategória 3: Rozvody určené pre rozvody dát a hlasu s šířkou pásma 16 MHz a prenosovou rýchlosťou do 10 Mbit/s. Využíva sa u dátových prenosov označovaných ako 10BASE Ethernet. V tejto kategórii rozlišujeme:

- 10BASE2: „tenký“ koaxiálny kábel s maximálnym dosahom 185m
- 10Base5: „hrubý“ koaxiálny kábel s maximálnym dosahom 500 m
- 10BASE-F: optické vlákno (jednovidové/viacvidové)
- 10BASE-36: viacnásobný koaxiálny kábel pre viac kanálov s maximálymí dosahem 3 600 m

Kategória 4: Určené pre prenos dát v sieti Token ring, so šírkou pásma 20 MHz a prenosovou rýchlosťou do 16 Mbit/s.

Kategória 5: Pracuje v šírke pásma do 100 MHz. Rozvody pre počítačové siete s prenosovou rýchlosťou 100 Mbit/s, resp. 1 Gbit/s v prípade využitia všetkých 8 vlákien. Využívaný u 100 Mbit/s TPDDI a 155 Mbit/s ATM. V súčasnej dobe je nahradený štandardom kategórie 5E.

Kategória 5E: Pracuje taktiež v šírke pásma do 100 MHz, avšak vyžaduje nové spôsoby merania parametrov a v niektorých parametroch je prísnější. Cieľom je prevádzkovať 1 Gbit/s. Využívaný u 100 Mbit/s TPDDI, 155 Mbit/s ATM a GigabitEthernet.

Kategória 6: Pracuje so šírkou pásma 250 MHz. Využíva sa pre ultrarýchle chrbtové aplikácie v oblasti lokálnych sietí. V súčasnej dobe je to najpopulárnejšia kabeláž pre novo budované rozvody.

Kategória 6A: Pracuje so šířkou pásma 500 MHz. Používa sa pre zvlášť rýchle aplikácie v oblasti lokálnych sietí. Využíva sa i pre 10GBASE-T Ethernet (10 Gbit/s).
Kategória 7: Pracuje v šířke pásma do 600 - 700 MHz. Kábel je plne tienený - každý pár je tienený zvlášť Al fóliou a kábel sám má ešte celkový štít. Táto „plno tienená“ konštrukcia má ale za následok väčšiu váhu, väčší vonkajší priemer a menšiu ohybnosť káblu než UTP alebo ScTP. Používa sa pre prenosy plnej šírky videa, telerádiológiu, ( napr. i vládna správa USA). V súčasnej dobe sa prevádzajú prvné pokusy s týmto štandardom. Ku komerčnému využitiu, najviac prekáža vysoká cena komponentov a predovšetkým neznalosť protokolu i fyzického využitia.


Vplyv na topológiu siete

Jednou zo základných odlišností krútenej dvojlinky od koaxiálneho káblu je skutočnosť, že na krútenej dvojlinke nie je možné robiť odbočky. Krútená dvojlinka je preto použiteľná len pre vytváranie dvojbodových spojov, a vďaka svojim obvodovým vlastnostiam dokonca obmedzených len na maximálnu vzdialenosť 100 m.

Nemožnosť vytvárať odbočky potom ale nutne znamená, že prostredníctvom krútenej dvojlinky nemožno vytvoriť zberňicovú topológiu siete, s ktorou klasický Ethernet počíta, a bez ktorej sa pre svoje fungovanie neobíde.

Problém s odbočkami možno vyriešiť elektronicky - keď nejde urobiť odbočka priamo na kábly, privedie sa jeden koniec dvojbodového spoja ku koncovému uzlu, a druhý na vstup elektrického obvodu, ktorý zaistí potrebné „rozbočenie" elektronickou cestou. Z pôvodnej zbernicovej topológie, využívajúcej možnosti odbočiek na koaxiálnom kábly, sa náhle stáva topológia hviezdicová. V jej strede je zariadenie, ktoré zaisťuje potrebné „rozbočenie", a tak sa mu tiež podľa toho vraví  "rozbočovač"  (anglicky: hub).

Zaujímavou otázkou však je, ako má fungovať ono „rozbočenie" po logickej stránke. Tu je dôležité si uvedomiť, že pri zavádzaní krútenej dvojlinky do Ethernetu bolo základnou požiadavkou nemeniť samotnú podstatu Ethernetu - mimo iné i jeho predstavu o tom, že pracuje so zdielaným prenosovým médiom, o ktoré sa všetky komunikujúce uzly musia deliť. Hviezdicová topológia, ktorú majú rozvody na krútenej dvojlinke, však tento zdielaný charakter nevykazuje - tu má každý koncový uzol svoju prípojku k najbližšiemu rozbočovaču len a len pre seba, a nemusí sa o ňu deliť s nikým iným.

Aby sa vyhovelo predstave Ethernetu o tom, že pracuje so zdielaným prenosovým médiom, museli sa rozbočovače prispôsobiť tak, aby sa chovali ako opakovače (anglicky: repeater). Teda aby všetok prietok z ktoréhokoľvek dvojbodového spoja na
krútenej dvojlinke súčasne šířili i do všetkých ostatných dvojbodových spojov, ústiacich do rozbočovača. Tým síce fyzická topológia zostala stále hviezdicová, ale logicky sa stala znova topológiou zbernicovou - a to bolo práve to, čo klasický Ethernet potreboval k tomu, aby mohol behať po rozvodoch na báze krútenej dvojlinky.

Až omnoho neskôr sa Ethernet dokázal vysvobodiť zo zajatia svojej predstavy o zdielanom médiu, a plne využiť možností, ktoré mu krútená dvojlinka a jej skutočná topológia dávajú.