Aktivní prvky počítačové sítě

Aktivní prvky sítě můžeme rozdělit do dvou kategorií:

Základní (jednodušší) aktivní prvky

Pracují přímo s přenášeným signálem (elektrický, světelný, rádiový), zajišťují pouze regeneraci,

zesílení, opravu či modifikaci přenášeného signálu. Nestarají se o podobu přenášených dat

(nerozumí jim), nepracují tedy s daty na úrovni PDU (datového balíčku). Příkladem je například

opakovač (repeater), převodník optického signálu na elektrický, HUB atd.

Inteligentní („chytřejší“) aktivní prvky

Pracují s PDU, rozumí řídicím informacím v PDU. Rozlišují začátek a konec PDU, různé adresy

(IP, MAC) atd. Podle těchto informací přizpůsobují své chování. Umí např. směrovat data mezi

sítěmi podle IP adresy (směrovač = router), odesílat data jen do určité podsítě či konkrétnímu

síťovému zařízení podle MAC adresy (přepínač = switch) atd.

1. Síťový adaptér

Síťový adaptér = síťové rozhraní, síťová karta (NIC = Network Interface Controller)

Jedná se o rozhraní (elektronický obvod), které zajišťuje úpravu digitálního signálu z hlavního procesoru

počítače do standardizované podoby pro přenos komunikačním kanálem (vysílání dat) a úpravu signálu

přijatého ze spojovacího vedení do podoby, která je srozumitelná procesoru počítače (příjem dat).

Síťový adaptér musí být součástí všech koncových zařízení (počítač, síťová tiskárna, IP telefon, TV

přijímač, herní konzole atd.), které chceme připojit k datové síti.

Současné síťové adaptéry pro komunikaci po kabelu i bezdrátovou komunikaci jsou obvykle přímo

integrovány na základní desce počítače.

zdroj: Itnetwork.cz

Existují však také varianty externích síťových adaptérů:

Síťová karta (stolní PC) Síťová karta (notebook)

- PCI, PCI Express ×1 - Express Card, PCMCIA USB rozhraní

Každý síťový adaptér má svou (teoreticky) jedinečnou, fyzickou (MAC) adresu zapsanou při výrobě ve

vlastní paměti. MAC adresa je 48 bitové číslo, které se zapisuje jako 6 dvojic šestnáctkových čísel

oddělených dvojtečkami či pomlčkami.

Příklad MAC adresy: 98:E7:F4:6E:37:2B

Tip: Zjištění MAC adresy síťového adaptéru v OS Windows:

1. Spustit Příkazový řádek pomocí příkazu cmd

2. Ve spuštěné aplikaci Příkazový řádek zapsat příkaz ipconfig /all

Základní parametry síťového adaptéru:

Rozhraní pro připojení do počítače – PCI, PCIe×1, USB, Express Card, PCMCIA (externí adaptéry)

Přenosová technologie (standard) – např. Ethernet, WIFI, Bluetooth

Teoretická přenosový rychlost (Mb/s, Gb/s)

Technologie Wake On LAN – možnost vzdáleného zapnutí počítače z jiného počítače v síti

2. Repeater (opakovač) Repeater je nejjednodušší síťový aktivní prvek, který pracuje na nejnižší, tedy fyzické, vrstvě síťového

modelu. Jeho úkolem je regenerace (tedy zesílení, úprava atd.) přenášeného signálu, čímž dokáže

prodloužit celkovou délku komunikačního kanálu.

Na vstupu přijímá zkreslený, zarušený utlumený nebo jinak poškozený signál a opravený, zesílený a

správně časovaný jej výstupem vysílá do další části přenosového kanálu. Umožňuje tedy zvýšit dosah

přenosového kanálu (např. propojení metalickým nebo optickým kabelem, bezdrátově) bez ztráty kvality

a obsahu signálu

Důvodem k použití opakovače jsou fyzikální vlastnosti přenosových medií. U každého přenosového média

dochází k tzv. útlumu a zkreslení přenášeného signálu. Po určité vzdálenosti již není možné z

přenášeného signálu jednoznačně určit log. 0 a 1. Tato vzdálenost závisí především na druhu

přenosového média (koaxiální kabel, kroucená dvojlinka, optické vlákno, bezdrátový spoj atd.), ale také

na charakteru přenášeného signálu a přenosové rychlosti.

Opakovač nedokáže filtrovat PDU, proto je rozesílá všem koncovým zařízením či segmentům sítě.

3. Převodník (konvertor, transceiver)

Speciální typ opakovače – transceiver. Provádí regeneraci signálu a zároveň jej převádí z jednoho typu

přenosového média (např. optický kabel) na druhý (např. metalické vedení).

Převodník je realizován buďto jako samostatné zařízení, nebo je přímo součástí jiného aktivního prvku.

4. HUB (rozbočovač)

HUB je nezbytnou součástí LAN s hvězdicovou topologií (strukturou). Jeho úkolem je zregenerovat přijatý

signál a rozeslat ho na všechny své porty, ke kterým je připojeno nějaké koncové síťové zařízení. Nemá

tedy schopen filtrovat data. U větších LAN může docházet ke zbytečnému přetěžování těch koncových

zařízení, kterým data ve skutečnosti nenáleží.

Jedná se v podstatě o repeater s více porty. Pracuje tedy na fyzické vrstvě síťového modelu.

Počet portů, typ konektoru/kabelu a teoretická přenosová rychlost (Mb/s) jsou základními parametry

HUBu. Minimální počet jsou 4 porty, může jich být i více (vždy v násobku 4 – 8, 16, 24, 32 atd).

HUB může obsahovat různé typy portů (různé konektory), čímž lze kombinovat různé druhy přenosových

medií v jedné počítačové síti. Propojovacímu kabelu se říká patch kabel. Propojení se v současné době

provádí výhradně UTP kabelem s konektorem RJ-45. Starší HUBy byly vybaveny BNC konektorem pro

připojení koaxiálního kabelu (dnes nepoužívaná sběrnicová topologie sítě).

V současné době se HUB přímo nepoužívá pro vybudování LAN hvězdicové topologie. Vhodnější je

SWITCH.

5. Bridge (most)

Úkolem mostu je fyzicky propojit několik částí (segmentů) LAN a řídit komunikaci mezi nimi. V současné

době bývá jako součást komplexnějších (složitějších, kombinovaných) aktivních prvků.

Pracuje na druhé, tedy linkové, vrstvě síťového modelu. Umožňuje tedy přenos dat v LAN řídit. Pokud

přenášená data patří jen do daného segmentu sítě, odkud přišla, pak je most nepustí do jiného segmentu.

Rozhodování, jestli poslat nebo neposlat dále most provádí na základě fyzické (MAC) adresy jednotlivých

připojených zařízení, kterou si ukládá do svoji vnitřní paměti a podle postupně přicházejících dat s MAC

adresami se postupně učí topologii sítě.

WLAN postavené na technologii WIFI mohou využít jako most tzv. přístupový bod (AP = Access Point).

6. Switch (přepínač)

Switch pracuje na druhé, linkové, vrstvě síťového modelu ISO/OSI a svou funkcí je podobný HUBu

(centrální prvek hvězdicové topologie LAN) s tím rozdílem, že switch zpravidla propojí jen dvojici portů.

Umožňuje tedy filtraci datových rámců na základě MAC adres. Rámec obdrží pouze skutečný příjemce na

základě shodné MAC adresy, ostatním připojeným zřízením ke switchi není tento rámec zaslán (neplatí

u vícesměrového a všesměrového vysílání, tzv. broadcast a u tzv. učení switche).

Switch se učí automaticky z probíhajícího provozu v LAN mezi koncovými síťovými zařízeními. K tomuto

učení používá tzv. Zpětný učící algoritmus (Backward Learning Algorithm), díky němuž vychází ze své

vnitřní tabulky, kde jsou uloženy MAC adresy připojených zařízení. Pokud přijdou data pro koncové

zařízení, pro nějž ještě nemá záznam v tabulce, chová se jako HUB (pošle je do všech portů) a

předpokládá, že příjemce dat se ozve. Poté si jeho MAC adresu uloží a příště data posílá pouze jemu.

Vlastnosti switchů:

Možnost správy (management) switche

Unmanaged switch – Switch nelze konfigurovat uživatelem, nelze spravovat jeho nastavení. Levné

switche, vhodné pro menší LAN, kde není potřeba spravovat jeho konfiguraci

(domácnost, malá firemní společnost atd.)

Managed switch – nastavení switche lze uživatelsky spravovat, upravovat jeho konfiguraci.

Web management: switch lze spravovat/ovládat prostřednictvím interní webové stránky, která

nabízí pokročilou správu zařízení a dovoluje uživateli kdekoliv v síti ovládat switch přes běžný

webový prohlížeč.

Zrcadlení portů

Zrcadlení portů umožňuje monitorování provozu síťové komunikace, která probíhá na daném

switchi. Vysílané a přijímané rámce jednoho portu, mohou být zrcadlově posílány i na druhý. To

dovoluje správci sítě sledovat komunikaci v LAN.

Virtuální LAN (VLAN)

VLAN je logická síť vytvářená na switchi. Když se switch rozdělí na několik VLAN, každá z nich se

tváří jako samostatný switch. Znamená to, že na jednom switchi můžeme mít připojených více sítí,

které však mezi sebou nejsou propojené.

PoE (Power over Ethernet)

PoE je funkce, díky které je možné přenášet data a napájet koncové zařízení jediným datovým

(UTP) kabelem. Takové napájení obvykle podporují IP kamery, VoIP telefony a WIFI zařízení.

Switche podporující PoE obvykle fungují jako zdroje, je samotné takto napájet nelze.

Porty switchů:

RJ-45

Konektor, kterým je opatřen TP kabel, tedy kroucená dvojlinka (UTP, STP, FTP, S/FTP).

SFP (Small Form-factor Pluggable)

SFP je zásuvný modul, který funguje jako vysílač-přijímač (transceiver). Připojuje se přes

elektronické rozhraní switche, k přenosu dat využívá optická vlákna (obvykle duplexní přenos

pomocí dvou optických vláken). Díky tomu lze dosahovat velmi vysokých přenosových rychlostí

(např. 1 Gb/s, 10 Gb/s nebo 40 Gb/s).

7. Router (směrovač)

Router patří mezi tzv. „inteligentní“ aktivní síťové prvky. Jeho úkolem je propojení více datových sítí mezi

sebou a směrování datových paketů mezi těmito sítěmi. Pracuje na síťové vrstvě modelu ISO/OSI (resp.

TCP/IP) a musí znát skutečnou topologii (strukturu) sítě.

Často se používá k vybudování datových sítí WAN a MAN, k připojení LAN či WLAN do celosvětové sítě

Internet, popřípadě k propojení LAN a WLAN např. v domácnosti (WIFI router).

Na rozdíl od switche, který dokáže datové balíčky (rámce) směrovat pouze v rámci LAN, obsahuje router

tzv. směrovací (routovací) tabulku, ve které jsou zaznamenány informace o dalších routerech, které náleží

jiným datovým sítím. Datové pakety směruje mezi sítěmi na základě IP adres, které jsou obsaženy v jejich

hlavičce.

IP adresa je logická adresa síťového zařízení (např. PC, tiskárna atd.), který ke komunikaci využívá

internetový protokol (IP). V současné době jsou používány dva standardy síťového protokolu IP:

IP verze 4 (IPv4): pro identifikaci zařízení používá 32 bitové adresy. Adresa je zapsána obvykle

jako čtveřice osmibitových čísel (oktetů) zapsaných v desítkové soustavě (0-255) a oddělených

tečkou (např. 192.168.1.2).

IP verze 6 (IPv6): pro identifikaci zařízení používá 128 bitové adresy. Pro přehlednost se využívá

zápis adresy v šestnáctkové soustavě, vždy čtveřice číslic oddělených dvojtečkou

(např. 2001:0db8:7654:3210:fedc:ba98:7654:3210).

Pozn.: podrobněji bude problematika IP adres a protokolů IP probrána v tematickém celku INTERNET.

Síťová infrastruktura mezi odesílatelem a příjemcem paketu může být velmi složitá. Směrování se proto

zpravidla nezabývá celou cestou paketu, ale řeší vždy jen jeden krok – komu data předat jako dalšímu.

Ten pak rozhoduje, co s paketem udělat dál.

Informace, které se využívají při směrování, se ukládají do tzv. směrovací tabulky (angl. Routing table)

uložené v paměti routeru. Směrovací algoritmy by měly splňovat několik základních požadavků a to:

nalézt správnou cestu,

řídit se co nejnižšími režiemi při přenosu datového paketu,

být relativně jednoduché,

reagovat na případné změny (přerušení či změna trasy atd.) – adaptivní směrování.

Pro každý příchozí datový paket najde router ve směrovací tabulce podle IP adresy cílové sítě informaci

o tom, kterému sousednímu routeru paket zaslat. Je-li cílová síť připojená přímo k danému routeru, zašle

paket rovnou cílovému zařízení (např. PC, IP telefon, síťová tiskárna atd.).

8. WIFI přístupový bod (AP – Access Point)

Aktivní síťový prvek, který umožňuje vytvoření bezdrátové lokální sítě (WLAN). Klientská zařízení

(PC, mobilní telefon, tablet atd.) nejsou vzájemně propojena přímo, ale přes AP. Ten řídí veškerou

komunikaci v rámci WLAN. AP by měl, pokud možno, pokrývat co největší prostor silným rádiovým

signálem.

Jako AP lze využít také WIFI router. AP obvykle nabízí další režimy práce, typicky bridge a repeater.

Napájet AP lze 2 způsoby: buď přímo z rozvodné sítě přes napájecí adaptér, popřípadě přes datový kabel

(UTP) v místech, kde není jednoduché či možní připojení AP k rozvodné síti – technologie PoE.

9. WIFI extender

WiFi extender (resp. WIFI repeater, booster, zesilovač) umožňuje rozšířit dosah domácí či firemní WLAN

vybudované pomocí technologie WIFI i do oblastí, kde je při využití samostatného WIFI routeru nebo AP

rádiový signál slabý nebo žádný.

Přijímají zeslabený, zkreslený nebo jinak poškozený signál, který následně opravují, zesilují a správně

načasovaný jej vysílají dále. Hlavní výhodou je tedy možnost zvýšení dosahu WLAN bez ztráty kvality a

informačního obsahu signálu.

Jako WIFI extender může fungovat také WIFI AP nebo WIFI router.

10. Brána (gateway)

Brána je aktivní síťový prvek, který propojuje dvě sítě pracující s odlišnými komunikačními protokoly (např.

Internet a GSM síť). Jelikož existuje více různých síťových standardů a komunikačních protokolů, které

jsou vzájemně nekompatibilní, tzn, přenášené zprávy v těchto sítích mají různý formát, používají různé

adresy atd., může mít brána mnoho podob.

Z pohledu síťového modelu pracuje brána na vyšší vrstvě než router (síťová vrstva), konkrétně pracují na

vrstvě transportní až aplikační.

Typickým příkladem je brána pracující na nejvyšší, tedy aplikační vrstvě. Nejedná se tedy čistě

o hardware, ale o software (aplikaci). Příkladem takové brány je počítač s webovým prohlížečem a

otevřenou webovou aplikací SMS brány. Do textového pole se zapíše zpráva, která se následně odešle

do mobilní GSM sítě v podobě SMS zprávy na zvolené telefonní číslo.

Dalším příkladem může být zasílání autorizačních SMS zpráv pro bezpečnější (dvoufázové) přihlášení do

uživatelského účtu, provedení finanční transakce (např. internetové bankovnictví), atd.

Dalším příkladem mohou být např. VoIP telefonní brány. VoIP telefonní brána je síťové zařízení, které

zjednodušeně řečeno, propojuje datovou síť (IP komunikační protokol), ke které je připojen IP telefon s

pevnou či mobilní (GSM) telefonní sítí.

IP telefon je telefonní přístroj, který komunikuje prostřednictvím svého síťového rozhraní v datové síti

s protokolem IP. V širším smyslu může být IP telefonem také síťový program spuštěný na počítači, který

umožňuje přenos hlasu pomocí technologie VoIP (Voice over Internet Protocol).

Poznámka: PBX (Private branch exchange) je pobočková telefonní ústředna, které sjednocuje výstupní

body všech firemních telefonů do veřejné telefonní sítě.

VoIP brána

11. Modemy

Název MODEM vznikl spojením dvou názvů elektronických obvodů = MOdulátor / DEModulátor.

Jedná se o aktivní prvek, který umožňuje propojit a

zajistit přenos informací mezí koncovými síťovými

zařízeními (typicky počítač) či celými síťovými uzly

prostřednictvím veřejné telefonní sítě. Velmi často se

používá k připojení počítače nebo celé LAN

k celosvětové síti Internet.

K připojení modemu do telefonní zásuvky se používá

telefonní kabel s konektory RJ11.

11.1 Telefonní (dial-up) modemy

Telefonní modem pro komutované (laicky řečeno: vytáčené) připojení (dial-up) převádí digitální signál na

analogový ve frekvenčním pásmu pro běžný telefonní hovor (standardní telefonní pásmo je od 0,3 až do

3,4 kHz). Analogovým informačním signálem je modulován nosný signál. Při příjmu informace je proces

opačný.

Telefonní modem se choval jako telefonní přístroj „volající“ na speciální telefonní číslo. V případě datové

komunikace nebylo možné volat z běžného telefonního přístroje a naopak. Teoretická přenosová rychlost

byla maximálně 56 kb/s.

Telefonní modemy byly buď přímo integrovány na základní desce počítače, popřípadě se osazovaly do

počítače v podobě přídavné karty (PCI, PCMCIA). Třetí možností bylo připojení externího modemu

k paralelnímu rozhraní (LPT port) nebo USB.

V současné době se tento způsob připojení k Internetu již nepoužívá.

RJ 45 RJ 11

11.2 DSL modemy

DSL (Digital Subscriber Line) je takzvaná digitální účastnická linka. Jde o technologii, která využívá

k vysokorychlostnímu přenosu dat existující vedení veřejné telefonní sítě nebo kabelové televize.

Princip fungování DSL spočívá ve využití volného frekvenčního pásma telefonních přípojek. Pro hlasové

služby se využívá frekvenční pásmo 0,3 – 3,4 kHz, které běžnému hlasovému hovoru plně postačuje.

Vyšší frekvence jsou volné pro vysokorychlostní přenos dat. Data se tedy přenášejí v jiném, daleko vyšším

frekvenčním pásmu, takže DSL neomezuje telefonní hovory. Tím se liší od dial-up modemů, které

používají pro přenos dat hlasové pásmo a není tak možné zároveň telefonovat i přenášet data.

V současné době existují dvě technologie: ADSL a VDSL. Cena služeb na VDSL a ADSL je stejná.

ADSL technologie

ADSL je zkratka pro Asymmetric DSL. To znamená, že rychlost stahování dat (download) bude vždy

výrazně vyšší než rychlost odesílání dat (upload). Využívá se frekvenční pásmo 25 kHz – 1,1 MHz (ADSL),

resp. až 2,2 MHz (ADSL2+). Princip činnosti bude popsán v tématu „Připojení k Internetu, popis

technologií“.

VDSL technologie

VDSL (Very High Speed DSL) je DSL

technologie umožňující rychlejší datový přenos

přes existující digitální telefonní linky.

2. generace VDSL2 využívá frekvenční pásmo

až do 30 MHz, což zajišťuje velmi vysokou

přenosovou rychlost (teoreticky až 200 Mb/s)

současně v obou směrech.

Optimální rychlosti lze dosáhnout

do vzdálenosti 300 metrů od telefonní

ústředny. Je-li vzdálenost od telefonní

ústředny vyšší než 1,3 km, výrazně klesá

přenosová rychlost a výhodnější je využití

technologie ADSL (resp. ADSL2, ADSL2+).

DSL

telefonní přípojka

4× LAN port

(Ethernet)

11.3 UMTS (3G) a LTE modemy

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) je mobilní telefonní síť 3. generace (3G), která

nabízí kromě hlasových služeb také vysokorychlostní přenos dat. K tomu je zapotřebí UMTS (3G) modem.

LTE (Long Term Evolution) navazuje na současnou 3G síť a přináší určitá vylepšení. Především navýšení

přenosové rychlosti v obou směrech (download, upload). LTE umožňuje dosáhnout teoretickou maximální

rychlost až 150 Mb/s (resp. 300 Mb/s).

UMTS a LTE modemy jsou součástí moderního mobilního telefonu či tabletu, popřípadě existují jako

samostatné zařízení, které zároveň obsahuje minimálně WIFI router. Do modemu stačí vložit vhodnou

SIM kartu podporující dané technologie s datovým tarifem od mobilního operátora (např. T-Mobile, O2,

Vodafone) a připojit domácí datovou síť (LAN, WLAN) k Internetu.

Největší výhodou přístupu k Internetu přes mobilní sítě je dostupnost. Plošné pokrytí signálem se

v současné době v České republice blíží 100 %.

12. Powerline adaptéry

Powerline adaptéry jsou aktivní síťová zařízení, která se zapojují do klasických elektrických zásuvek.

Po elektrických rozvodech se poté kromě elektrické energie přenáší také datové pakety, stejně jako

v klasické počítačové síti.

Výhoda: není nutná instalace dodatečných datových kabelů v domácnosti

Adaptér zachovávající přístup k zásuvce

LTE (4G)

SIM karta

Powerline adaptér může mít navíc integrovaný WIFI AP, v takovém případě umožňuje vybudování

bezdrátové sítě.

Výrobci powerline adaptérů se dnes řídí specifikací:

Homeplug AV

definuje teoretickou přenosovou rychlost maximálně 200 Mb/s,

Homeplug AV2

definuje teoretickou přenosovou rychlost maximálně 500 Mb/s,

Reálně dosažitelná rychlost přenosu dat závisí především na délce elektrických rozvodů (obvykle

maximálně 300 m), dále na kvalitě a stáří elektrických rozvodů v budově, vytížení elektrické sítě a rušení

od různých spotřebičů.

Párování powerline adaptérů:

Na základě specifikace Homeplug AV lze spojit různé modely adaptérů od stejného výrobce (při párování

adaptérů různých výrobců může dojít k rapidnímu poklesu přenosové rychlosti).

Spárovat lze i adaptéry splňující různé specifikace, HomePlug AV2 je zpětně kompatibilní se zařízeními

HomePlug AV. Přenosová rychlost se vždy přizpůsobí pomalejšímu adaptéru.

Užitečné tipy:

I. Při nedostatečném počtu zásuvek v objektu, se vždy volí adaptéry s možností zachování přístupu

k zásuvce.

II. Powerline adaptéry se nedoporučuje zapojovat do prodlužovačky či rozbočky, neboť v takovém

případě může dojít k rapidnímu poklesu přenosové rychlosti vinou nepřímého zapojení.

III. V objektech s více bytovými jednotkami (panelové, činžovní domy) je vhodné zabezpečit

přenášená data šifrováním. Šifrování přenášených dat by měl zabezpečit samotný powerline

adaptér (128 bitový šifrovací algoritmus standardu AES).