Modul 3: Networking media

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.

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.

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

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).

Resistance typy materiálov: conductors: insulators: 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).

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%).

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.

Insulators / Semiconductors 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).

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); V – rýchlosť presunu e-; čím viac napätia a el. tlaku, tým väčší prúd; Ohmov zákon: V = I . R.

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

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.

Types of current alternating: direct: 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).

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.

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.

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.

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.

Coaxial cable II. použitie v LAN: rôzne veľkosti; 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.

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.

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;

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;

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

Modul 3: Optical media

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.

Wavelength rýchlosť svetla: ľudské oko: 300 000 km/s ( 186 283 miles/s); ľudské oko: 700 nm – 400 nm (viditeľné svetlo/dúha); dlhšie ako 70 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.

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.

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.

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.

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.

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

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).

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.

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;

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.

Prevent chyby pri inštalácií: odstránenie: 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).

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.

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.