2. Fizički sloj (CISCO)
2.1. Zadaci fizičkog sloja
prijenos niza bitova prema ili s medija za prijenos podataka (kodiranje i pretvaranje u signale, dekodiranje i slanje bitova sloju podatkovne veze koji ih zna interpretirati)
na fizičkom sloju nalaze se podaci/bitovi koji su predstavljeni signalima ovisno o tipu medija (bakrena žica – el. impulsi, optički kabel – svjetlost, prostor – EM valovi, radiovalovi, mikrovalovi, IC zrake, laserske zrake..)
Fizički sloj definira standarde za (organizacije koje standardiziraju su ISO, IEEE, ANSI, ITU..):
mehaničko povezivanje – definira tip konektora, broj i raspored pinova
električko povezivanje – definira razine napona za 0 i 1
funkcionalno povezivanje – određuje funkcije svakog pina na sučelju
proceduralno povezivanje – određuje niz signala poteban za slanje i primanje podataka
2.2. Fizičke topologije mreže
Topologija mreže prikazuje kako su povezani uređaji u računalnoj mreži (ima utjecaj na cijenu, funkcionalnost, lakoću održavanja, skalabilnost, podložnost na pogreške i upotrebljene tehnologije) pa je dobro poznavati prednosti i mane određene topologije.
Osnovne topologije računalne mreže su:
sabirnica (bus), svi uređaji spojeni na jedan kabel, podatak poslan na sabirnicu dolazi do svih uređaja spojenih na tom segmentu mreže, samo jedan uređaj može slati podatke, što je više uređaja spojenih na segment, komunikacija je sporija
slika!
zvijezda, najčešća u današnjim mrežama, svaki je uređaj do zvjezdišta (koncentrator, preklopnik, usmjernik) spojen jednim kabelom. Ovisno o tipu centralnog uređaja postoji mogućnost komunikacije više uređaja u istom trenutku. Lako je dodavati nove uređaje. Prekid u nekom kablu ima utjecaj samo na uređaje spojene na taj kabel.
slika!
prsten, svaki uređaj (čvor) ima vezu prema dva uređaja u mreži, prvi i zadnji su spojeni pa se tako oblikuje prsten. Svi podaci između uređaja putuju u kružnoj putanji općenito u istom smjeru. Kod prekida u nekom kabelu, svi uređaji gube pristup mreži.
slika!
hijerarhijska, sastoji se od središnjeg čvora koji je najviši u hijerarhijskom rasporedu, na njega su spojeni čvorovi koji se nalaze na sloju niže od njega, na njih su spojeni oni još niže itd.
slika!
isprepletena, svaki čvor ima vezu prema ostalim čvorovima. Kod djelomično isprepletene
svaki čvor ima izravne veze samo s nekima, a kod pune ima vezu sa svim čvorovima u mreži.
slike!
hibridna topologija, upotrebljava se kombinacija tehnologija
slika!
2.3. Mediji za prijenos podataka
Povezuju krajnje i mrežne uređaje i omogućuju prijenos podataka kroz mrežu
Osobine koje utječu na odabir medija: ukupna propusna moć medija, smetnje i podložnost vanjskim utjecajima, maksimalna udaljenost između dva mrežna uređaja, jednostavnost instalacije, ekonomski faktori i dr.
2.3.1. Žičani mediji, kablovi
bakrene žice (koaksijalni kabel, bakrena parica...)
Koaksijalni kabel sastoji se od dva bakrena vodiča koncentrično smještena. Jezgra kabela je čvrsta bakrena žica oko koje je izolator. Oko izolatora je bakrena mrežica, a sve je zaštićeno plastičnim omotačem. Upotrebljavao se u prvim verzijama lokalnih mreža prije pojave UTP kabela, a danas se koristi u kabelskim mrežama.
Bakrena parica može biti telefonska, UTP kabel i STP kabel.
Telefonska parica – najčešće korišteni komunikacijski medij u telefoniji (dvije međusobno izolirane i upredene bakrene žice. Upredenost smanjuje efekt preslušavanja (crosstalk), kad jedna žica stvara smetnje drugoj zbog visokih frekvencija koje prolaze kroz nju. ) Moguće je ostvariti pristup Internetu. Brzina prijenosa ovisi o udaljenosti između najbliže telefonske centrale ili drugog spoja parice na kvalitetniji medij korisnika.
UTP kabel (unshielded twisted pair) – kategorija upredenog kabela koji se sastoji od četiri odvojene parice (osam bakrenih žica) koje su međusobno izolirane. Najzastupljeniji način kabeliranja zbog cijene i jednostavnosti postavljanja konektora. Proizvode se, ovisno o gustoći upredanja i vrsti izolacije, različith kvaliteta (tablica C1 do C7!). Brzina i frekvencija ovisi o dužini kabela i tehnologiji prijenosa. Kategorija C5 može podržavati Gigabit Ethernet.
STP kabel (Shielded Twisted Pair) – obično se upotrebljava u instalacijama koje prolaze kroz druge instalacije da bi se smanjilo djelovanje EM interferencije. Po većini značajki slično UTP kabelima, razlika je u razini EM zaštite koja osigurava i povećanje brzine prijenosa podataka. (obično kategorije 5, 6 ili 7)
optička vlakna
optički kabel sastoji se od staklenog ili plastičnog vlakna za prenošenje svjetlosnih impulsa. Upotrebljava se za prijenos signala s velikom propusnom moći bez većih gubitaka na veću udaljenost. Otporan je na EM smetnje i interferencije. Brzine prijenosa ovim kabelima su desetak GBitova u sekundi i više za svako vlakno pa se primjenjuju u međunarodnim komunikacijskim vezama i okosnicama mreže. Sličan je koaksijalnom ali bez vanjskog mrežnog vodiča.
Jednomodni optički kabel (single mode) je manji i prenosi signale brže od višemodnog. Koristi se laserom kao izvorom svjetlosti. Za vodove od nekoliko desetaka km do nekoliko stotina km. Koriste ih telefonske kompanije, kabelske televizije i davatelji internetskih usluga. Primjena je složenija i skuplja od višemodnih.
Višemodni optički kabel koristi LED za emitiranje svjetlosti i ima deblju jezgru. Posljedica je veće rasipanje svjetlosti i gubljenje signala. Do 2 km, u LANovima između zgrada.
Optičke mreže povezuju se s uređajima koji prenose el. signale pa se ti signali moraju pretvarati u svjetlosne impulse i obratno (pomoću konvertera).
Tehnologija koja omogućuje prenošenje više kanala kroz jedno optičko vlakno zove se valno multipleksiranje (WDM Wavelength division multiplexing) i ono proširuje kapacitet optičkog vlakna tako što kanal dijeli u višestruke frekvencije (boje). Svaka je boja jedna zraka koja se prenosi optičkim vlaknom.
2.3.2. Bežični mediji za prijenos podataka, podatke prenose kroz prostor EM valovima
Bežične komunikacije temelje se na slanju i primanju EM valova kroz prostor. Omogućuju komunikaciju na veće udaljenosti bez potrebe izgradnje žičane infrastrukture. Gubici u snazi signala nastaju zbog nesavršenosti prijenosnog medija i objekata koji smetaju na putu i od kojih se odbijaju valovi te zbog interferencija s drugim valovima koji se nalaze u prostoru.
Svi se dijelovi EM spektra teoretski mogu upotrebljavati za prijenos informacija ako im se modulira amplituda, frekvencija ili faza. U praksi se upotrebljavaju radiovalovi, mikrovalovi, infracrveni valovi i vidljiva svijetlost. Još bi bolje bilo prenositi podatke ultraljubičastom svjetlošću, rendgenskim i gamazrakama jer što su više frekvencije, može se prenijeti veća količina informacija u jedinici vremena, ali se u tom području signal teže proizvodi i teže modulira.
Radio valovi najviše se upotrebljavaju u komunikacijama jer se lako proizvode, mogu se slati na velike udaljenosti i prolaze kroz prepreke. Šire se u svim smjerovima pa položaj predajnika i prijemnika nije od većeg značaja ali pojavljuje se problem interferencije. Svojstva radiovalova ovise o frekvenciji. Niže frekvencije prate zakrivljenost zemlje i moguće ih je detektirati na većim udaljenostima od viših frekvencija. U području visokih frekvencija radiovalovi se pokušavaju kretati pravolinijski.
Mikrovalovi – kod frekvencija od oko 100Mhz valovi se prostiru gotovo pravocrtno pa signal ne prati zakrivljenost zemlje i mogu se usmjeriti. Postižu se bolje značajke (odnos signal-šum) ali predajna i prijemna antena moraju biti usmjerene, no smanjuje se mogućnost interferencije među signalima a udaljenost između mikrovalnih antena ovisi o njihovoj visini. Mikrovalne komunikacije imaju određene prednosti u odnosu na optičke kabele, jednostavnije i jeftinije postaviti mikrovalnu antenu, recimo svakih 50km nego postavljati optički kabel (vlasnički odnosi, struktura i naseljenost područja i sl.)
Infracrveni valovi – za bežične komunikacije kratkog dometa (daljinski upravljači), lako se usmjeravaju, ali ne prolaze kroz čvrsta tijela. U različitim prostorijama se međusobno ne ometaju. Mogu služiti za povezivanje komponenti računala.
Komunikacijski sateliti – osiguravaju prijenos podataka na velike udaljenosti gigabitnim brzinama. Sustav prijenosa funkcionira tako da zemaljska stanica usmjerenom mikrovalnom radiovezom šalje podatke prema satelitu koji ih prima, pojačava i na drugoj frekvenciji prenosi drugoj zemaljskoj stanici ili drugim korisnicima na Zemlji. Sateliti mogu biti geostacionarni (oko 36000 km iznad određene točke na Zemlji) ili s niskom orbitom (nisu stacionarni, nego kruže oko Zemlje po određenoj putanji).