Dydaktyka:
Feedback
Zwykle w całości realizowana przez sprzęt.
Główne zadanie – pozwala wysyłać i odbierać bity
Protokoły opisują wszystko potrzebne do przesłania bitów (m. in. medium, synchronizację, kodowanie, detekcję błędów, korekcję)
Całkowity brak interpretacji przesyłanych danych
Udostępnia informacje o stanie i pozwala zmieniać część ustawienia (np. prędkość, dupleks, kanał radiowy)
Warstwę fizyczną ethernetu opisują standardy IEEE z rodziny
802.3.
Te standardy wprowadzają nazwy takie jak 10BASE-T
, 40GBASE-LR4
, czy
1.6TBASE-DR8
w których początek (tutaj: 10
[M], 40G
, 1.6T
) odnosi
się do prędkości, a końcówka (-T
, -LR4
, -DR8
) do wykorzystywanego
medium ("kabla").
W tej chwili większość urządzeń końcowych wykorzystuje jeszcze gigabitowy
Ethernet (1000BASE-T
), nowy sprzęt powoli przechodzi na 2.5 GBit/s lub
10 GBit/s (2.5GBASE-T
/10GBASE-T
).
Sprzęt sieciowy i sprzęt używany w bardziej wymagających zastosowaniach używa
znacznie lepszych przepustowości
[1]
[2].
Standardy określają też maksymalną wspieraną długość kabla i to, czy można naraz nadawać i odbierać (full duplex), czy można naraz tylko nadawać bądź odbierać (half duplex).
Na warstwie fizycznej odbywa się autonegocjacja (http://en.wikipedia.org/wiki/Autonegotiation)
która wybiera najlepszy standard wspierany przez obie strony.
Pozwala to też na wykrywanie łącza – określenie czy coś w ogóle jest po drugiej stronie.
Stare standardy (np. 100BASE-TX
) wysyłały dane jedną parą przewodów i
odbierały drugą, więc łącząc dwa komputery ze sobą należało zamienić kolejność
przewodów we wtyczkach. Taki kabel nazywa się skrosowanym.
Te same standardy nakazywały zamieniać kolejność w gniazdach switchy, więc
łącząc komputer ze switchem należało użyć kabla prostego – mającego przewody
ułożone we wtyczce w tej samej kolejności z obu stron.
Począwszy od gigabitowego ethernetu karty sieciowe mają obowiązek implementować
funkcję auto MDI-X (http://en.wikipedia.org/wiki/MDI-X), czyli rozpoznawać
czy są połączone kablem prostym czy skrosowanym i działać niezależnie od użytego
kabla.
(Z tego powodu kable skrosowane praktycznie wyszły z użycia.)
Urządzenia Ethernetowe działające na tej warstwie to regenerator / wzmacniak (repeater) i koncentrator (hub).
Wake on Lan jest funkcją kart sieciowych pozwalającą im włączyć komputer po otrzymaniu odpowiedniego pakietu.
Kabel sieciowy można też wykorzystać do zasilania podłączonych urządzeń. Takie rozwiązanie nazywa się PoE i jest popularne np. przy kamerach czy punktach dostępu do sieci bezprzewodowej.
Diody LED przy porcie ethernetowym przynajmniej wskazują czy nawiązano połączenie. Producent decyduje jakie funkcje pełnią dodatkowo (np. wskazywanie kolorem z jaką prędkością działa karta, czy mruganie w trakcie wysyłania danych).
Narzędzia do zarządzania warstwą fizyczną Ethernetu w Linuksie: mii-tool
/ ethtool
ethtool <ifname>
– wyświetla podstawowe informacje
ethtool --identify <ifname>
– prosi kartę o to, by zamrugała diodami tak
żeby można było ją odróżnić od innych1)
Informacje o tym, czy połączenie na warstwie fizycznej zostało nawiązane można sprawdzić przez:
ip link / ip address | brak pozostałych | karta jest wyłączona |
<…,NO-CARRIER,…,UP,…> state DOWN | brak połączenia na warstwie fizycznej | |
<…,UP,…,LOWER_UP,…> state UP | jest połączenie na warstwie fizycznej (i łącza danych) | |
ifconfig | brak pozostałych | karta jest wyłączona |
<…,UP,…> | brak połączenia na warstwie fizycznej | |
<…,UP,…,RUNNING,…> | jest połączenie na warstwie fizycznej (i łącza danych) | |
ethtool | Link detected: no | karta jest wyłączona lub brak połączenia na warstwie fizycznej |
Link detected: yes | jest połączenie na warstwie fizycznej | |
lampka przy porcie | nie świeci | karta jest wyłączona lub brak połączenia na warstwie fizycznej |
zapalona | jest połączenie na warstwie fizycznej |
/ # ethtool eth0 Settings for eth0: Supported ports: [ TP MII ] Supported link modes: 10baseT/Half 10baseT/Full 100baseT/Half 100baseT/Full 1000baseT/Full 2500baseT/Full Supported pause frame use: Symmetric Receive-only Supports auto-negotiation: Yes Supported FEC modes: Not reported Advertised link modes: 10baseT/Half 10baseT/Full 100baseT/Half 100baseT/Full 1000baseT/Full 2500baseT/Full Advertised pause frame use: Symmetric Receive-only Advertised auto-negotiation: Yes Advertised FEC modes: Not reported Link partner advertised link modes: 10baseT/Half 10baseT/Full 100baseT/Half 100baseT/Full 1000baseT/Full Link partner advertised pause frame use: Symmetric Link partner advertised auto-negotiation: Yes Link partner advertised FEC modes: Not reported Speed: 1000Mb/s Duplex: Full Auto-negotiation: on master-slave cfg: preferred slave master-slave status: slave Port: Twisted Pair PHYAD: 0 Transceiver: external MDI-X: Unknown Supports Wake-on: pumbg Wake-on: g Link detected: yes
eth0
włączona i podłączona
eth1
włączona i niepodłączona
eth2
wyłączona
/ # ip l 10: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP mode DEFAULT group default qlen 1000 link/ether da:a8:fb:92:2d:df brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0 12: eth1: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc noqueue state LOWERLAYERDOWN mode DEFAULT group default qlen 1000 link/ether 4e:b4:72:09:49:fe brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0 14: eth2: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000 link/ether 86:c9:1d:eb:7f:48 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0 / # ifconfig -a eth0 Link encap:Ethernet HWaddr DA:A8:FB:92:2D:DF inet addr:10.42.0.238 Bcast:10.42.0.255 Mask:255.255.255.0 inet6 addr: fe80::d8a8:fbff:fe92:2ddf/64 Scope:Link UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1 RX packets:1321 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 TX packets:1058 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 collisions:0 txqueuelen:1000 RX bytes:2681185 (2.5 MiB) TX bytes:123368 (120.4 KiB) eth1 Link encap:Ethernet HWaddr 4E:B4:72:09:49:FE UP BROADCAST MULTICAST MTU:1500 Metric:1 RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 collisions:0 txqueuelen:1000 RX bytes:0 (0.0 B) TX bytes:0 (0.0 B) eth2 Link encap:Ethernet HWaddr 86:C9:1D:EB:7F:48 BROADCAST MULTICAST MTU:1500 Metric:1 RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 collisions:0 txqueuelen:1000 RX bytes:0 (0.0 B) TX bytes:0 (0.0 B) / # ethtool eth0 | grep 'Link detected:' Link detected: yes / # ethtool eth1 | grep 'Link detected:' Link detected: no / # ethtool eth2 | grep 'Link detected:' Link detected: no
Patch panel – panel do szaf rackowych (szaf 19") zwykle z gniazdami ethernetowymi. [1]
Okablowanie poziome – kable leżące w (lub zawieszone na) ścianach od "ostatniego" patch panelu do gniazd przy stacjach
Okablowanie pionowe – pozostałe kable leżące w (lub zawieszone na) ścianach
"Typowo" na każdym piętrze leży switch do którego są podpięte komputery, stąd "poziome" okablowanie do komputerów i "pionowe" między sprzętem sieciowym.
Patch cord – krótki "gotowy" kabel, z założenia do połączeń między gniazdem
a urządzeniem [1].
Nazwa patch cord określa zastosowanie, nie medium – patch cord może
równie dobrze być skrętką jak i światłowodem.
Normy/standardy okablowania strukturalnego określają jakich używać kabli (np. jakie
parametry mają spełniać), jak je układać, gdzie jak je zakańczać
(gniazdami/panelami), jak sprawdzić czy kable ułożono poprawnie, ile
kabli/gniazd montować (np. na 10m²), jak powinien wyglądać projekt okablowania,
gdzie lokalizować punkty dystrybucyjne, jak opisywać instalację, etc.
W Polsce głównie stosuje się normy PN-EN 50173 i PN-EN 50174 bądź ISO/IEC 11801.
Skrętka – kabel złożony z par skręconych przewodów.
W kontekście sieci komputerowych to 4 pary skręconych ze sobą przewodów [1].
Zwykle pary też są skręcone wzajemnie, a każda para ma różną ilość
skrętów na metr - wszystko w celu minimalizacji zakłóceń.
Drut – "lita" żyła.
Linka – żyła spleciona z cienkich drucików.
Linka jest odporna na wielokrotne zginanie. Używana w patch cordach.
Drut ma lepsze parametry elektryczne [przy kablach sieciowych] i łatwiej
się go zarabia. Kładziony w (na) ścianach i kanałach kablowych.
Poza parami miedzianymi we wspólnej izolacji znajduje się też ripcord – (zwykle nylonowa) linka pozwalająca na przecięcie izolacji (i zwiększająca odporność kabla na rozciąganie).
Kategoria kabla określa jakie parametry (elektryczne, wytrzymałościowe etc.) musi spełniać. Spotykane w sieciach kategorie to:
100m to oficjalnie 90m w ścianie i łącznie 10m od paneli/gniazd do urządzeń
Kategorie dotyczą zarówno kabli jak i gniazd i wtyczek!
Zewnętrzne zakłócenia elektormagnetyczne mogą zakłócić transmisję danych po kablu sieciowym. Dlatego w instalacjach narażonych na zakłócenia lub przy wykorzystaniu prędkości 10Gbps lub wyższych stosuje się ekranowanie – otoczenie ich metalową folią lub siatką. Można ekranować cały kabel (F/UTP) lub każdą parę żył z osobna (U/FTP) lub jedno i drugie. Spotykane w handlu nieścisłe określenie FTP oznacza zwykle "jakieś ekranowanie". Znaczenie liter:
W kablu ekranowanym folią zawsze znajduje się też dodatkowy (zwykle stalowy)
drut zapewniający dobre elektryczne połączenie ekranu ze wtyczkami.
Dla poprawnej pracy ekran powinien być ciągły od urządzenia na jednym końcu
aż do urządzenia na drugim – wszystkie elementy (gniazdo, wtyczka, kabel etc.)
muszą być ekranowane.
Nieekranowany kabel kategorii 5e (UTP 5e) jest jeszcze często używany do
poziomego okablowania (do urządzeń końcowych).
Do połączeń między switchami
(i routerami) zwykle wykorzystuje się wyższe kategorie (np. 6A) lub światłowód.
Poprawna nazwa wtyczki (i odpowiadającego gniazda) używanej w Ethernecie to 8P8C. W praktyce wtyczki są nazywane RJ45 od standardu telekomunikacyjnego używającego złącz 8P8C, który poza określeniem złącz specyfikuje też użycie linii i rodzaj kabla.
Standard dla zarabiania wtyczek dla Ethernetu to
TIA/EIA-568-B
Definiuje on dwa zakończenia – T568B oraz T568A.
Kabel prosty zarabia się mając na obu końcach standard "B"
Kabel skrosowany zarabia się mając na jednym końcu "A", na drugim "B".
Zakończenie T568B to:
Zaciskając gniazdo trzeba się upewnić czy przewody są we właściwej kolejności
i czy wszystkie dochodzą do końca gniazda (a przynajmniej do blaszki styku).
Zewnętrzna izolacja kabla powinna wchodzi we wtyczkę tak, by była chwycona przez
wtyczkę w trakcie zaciskania.
TIA/EIA-568-B to aktualna norma amerykańska dotycząca okablowania strukturalnego, której jeden z fragmentów definiuje też gniazda. Nie obowiązuje w Polsce; tu zastosowanie znajduje bliźniacza międzynarodowa norma opisująca tworzenie okablowania strukturalnego ISO/IEC 11801 oraz zestaw polskich i europejskich norm, m. inn. PN-EN 50173 i PN-EN 50174.
Narzędzie do zarabiania wtyczek to zaciskarka / crimp(ing) tool.
Narzędzie do zarabianie gniazd i patch paneli to wciskacz LSA / nóż krone / narzędzie uderzeniowe / nóż krosowniczy / punch down tool [1] [2]
Przypomnienie z fizyki: decybel (dB, czyli 1/10 bela) to liczba - decybel
nie oznacza żadnej wielkości fizycznej. W decybelach wyraża się stosunek
między dwoma wartościami. Dokładniej jest to logarytm dziesiętny stosunku
dwóch wartości. Zwyczajowo używana do porównywania mocy.
Przykład: spadek o -30dB oznacza, że moc spadła o -3B, czyli 10-3, czyli wynosi 0.001 pierwotnej.
Każdym miernikiem można sprawdzić poprawność zarobienia – tzn. czy przewody są we właściwej kolejności.
Zaawansowane mierniki pozwalają dodatkowo sprawdzić:
Parametry kabla (tłumienność, przesłuchy) ściśle zależą od częstotliwości sygnału(!). Stąd mierniki sprawdzają te parametry dla różnych częstotliwości. Każda kategoria kabla ma określoną częstotliwość do której musi spełnić odpowiednie normy.
Bardziej szczegółowy opis znajduje się np. tutaj: http://www.bardex.com.pl/siectech.htm
Do połączeń innych niż z wykorzystaniem złącz 8P8C (aka "RJ45") wykorzystuje się zwykle różnego rodzaju gniazda SFP (Small Form-factor Pluggable).
Przykłady takich gniazd/modułów to SFP, SFP+, SFP28 i SFP56 (odpowiednio 1G,
10G, 25G i 50G) i ich szersze wersje mieszczące po cztery linie (quad)
odpowiadającego standardu – QSFP+, QSFP28, QSFP56 (40G, 100G i 200G).
Wsteczną kompatybilność mają też zachować (Q)SFP-DD(800),
pozwalające na prędkości do 800G.
Podobne złącza OSFP-XD, projektowane do 1.6T, mają już
inne wymiary.
Moduły SFP pozwalają na podłączenie różnych kabli – zwykle światłowodowych, ale są też dostępne moduły ze złączami 8P8C.
Do połączenia 2 portów SFP można wykorzystać gotowy kabel zakończony dwoma modułami SFP, zwany DAC (Direct-Attach Copper).
Zwykle sprzęt sieciowy nie ma gniazd światłowodowych, tylko gniazda w których instaluje się moduł SFP. Pozwala to wybierać sprzęt niezależnie od używanego rozwiązania optycznego.
Spotyka się wiele standardów złącza światłowodowych
[1]
[2].
Większość modułów SFP używa złącz LC, często spotyka się też złącza SC (np. w patch panelach).
Przełącznica światłowodowa / patch panel światłowodowy to najczęściej stalowa płyta z otworami na adaptery światłowodowe, czyli dwa połączone ze sobą gniazda.
Do połączeń krosowych (wewnątrz pomieszczenia) zwykle kupuje się gotowe
światłowodowe kable krosownicze (patch cordy).
Do dłuższych połączeń kładzie się kabel światłowodowy bez złącz, następnie
z każdej strony spawa do niego pig taile – krótkie kable światłowodowe ze
złączem z jednej strony.
Połączenie np. switcha poza budynek może być wykonane używając elementów:
switch — moduł SFP — patch cord – adapter światłowodowy — pig tail – światłowód — …
W kablu światłowodowym używa się różnych długości fal https://www.thefoa.org/tech/ref/basic/SMbands.html. Oczywiście sprzęt po obu stronach kabla musi używać tych samych długości fal.
Światłowody mogą być wykorzystywane do transmisji w jedną stronę, wtedy do zapewnienia dwukierunkowej transmisji używa się dwóch włókien (duplex). Można też używać jednego włókna (simplex) do transmisji w obie strony, w każdą używając innej długości fali (typowo 1310nm i 1550nm) – takie rozwiązanie nazywane jest WDM.
WDM to ogólna nazwa na multipleksację – tzn. wysyłanie wielu strumieni danych – na różnych długościach fal. CWDM pozwala na kilkanaście, a DWDM np. na 80 kanałów.
Do transmisji można wykorzystywać włókna wielomodowe i jednomodowe. Konkretne
urządzenie (np. moduł SFP) jest przystosowany do jednego z tych rodzajów.
Światłowody wielomodowe nie nadają się do transmisji na duże odległości.
Podobnie do kategorii skrętki, kable światłowodowe są produkowane tak by
spełniały konkretne ustandaryzowane parametry.
Odpowiedni standard ISO określa
klasy OM3, OM4 i OM5 i wymagane przez nie parametry włókien wielomodowych.
Dla światłowodów jednomodowych powszechnie używa się innych standardów
(określających parametry włókien) - rekomendacji wydanych przez organizację
ITU-T, np. G.652.D, G.655, G.657.A1.
Światłowody różnią się między innymi tolerancją wymiarów, tłumiennością określaną osobno dla różnych długości fal (istotne szczególnie na długościach tłumionych przez wodę), dyspersją chromatyczną, polaryzacyjną (i dla wielomodowych modalną), maksymalnym promieniem gięcia.