16. Počítačové sítě 1

1. Dělení počítačových sítí
2. Topologie počítačových sítí
3. Pasivní prvky sítě
4. Aktivní prvky sítě

---

Dělení počítačových sítí

1. Podle velikosti / rozsahu:

   • PAN (Personal Area Network) – Osobní síť (např. Bluetooth mezi telefonem a sluchátky)
   • LAN (Local Area Network) – Místní síť (např. síť v jedné budově, firmě)
   • MAN (Metropolitan Area Network) – Městská síť (např. propojení několika budov ve městě)
   • WAN (Wide Area Network) – Rozsáhlá síť (např. internet)
     

2. Podle způsobu připojení:

   • Drátové sítě (např. pomocí ethernetu – UTP kabel)
   • Bezdrátové sítě (např. Wi-Fi, LTE, 5G)

3. Podle architektury:

   • Peer-to-peer (P2P) – Všichni uživatelé jsou si rovni, žádný centrální server.
   • Client-server – Klienti se připojují k serveru, který zpracovává data.

---

Topologie počítačových sítí

• Topologie sítí se zabývá zapojením různých prvků do počítačových sítí a zachycením jejich skutečné a logické (virtuální) podoby.
• Topologii lze zvažovat jako určitý tvar či strukturu dané sítě. Tento tvar nemusí nutně korespondovat se skutečným fyzickým rozvržením prvků, zapojených v síti. Například počítače v malé domácí síti mohou být uspořádány v pomyslném kruhovém tvaru, ale nemusí to nutně znamenat, že jejich logické zapojení představuje příklad kruhové topologie.
  
  

• Klasifikace síťových topologií:

  • Fyzická topologie popisuje reálnou konstrukci sítě, jednotlivé uzly a fyzicky zapojená zařízení a jejich umístění včetně instalovaných kabelů, přesného umístění uzlů a přípojek mezi nimi (např. UTP).
  • Logická topologie se vztahuje k tomu, jak jsou data v síti přenášena a kudy protékají z jednoho zařízení do druhého. Nemusí nutně kopírovat fyzické schéma sítě.
  • Signálová topologie BC, GC, MC, UC

• Běžné topologie a jejich dělení:

  • Sběrnicová (bus) – Jedno společné vedení, zařízení jsou připojena jako větve. Levné, ale náchylné na chyby.
  • Hvězdicová (star) – Každé zařízení je připojeno do centrálního uzlu (např. switch). Nejčastější u LAN.
  • Kruhová (ring) – Zařízení tvoří uzavřený kruh. Pokud jeden bod vypadne, síť se může rozpadnout.
  • Stromová (tree) – Kombinace hvězdy a sběrnice, vhodná pro větší sítě.
  • Síťová (mesh) – Každé zařízení je propojeno s několika dalšími. Vysoká spolehlivost.

---

Pasivní prvky sítě

• Jedná se o síťový prvek, který data v síti (typicky Ethernet) pouze přenáší bez jakékoliv další modifikace či jiného zásahu.
• Tyto prvky sítě přenášejí data na tzv. první vrstvě. Jejich úkolem je pouze přenést nezměněný datový signál mezi propojenými uzly.
• Většinu pasivních síťových prvků tvoří kabely, dále jejich spojky, rozvaděče, koncovky či zásuvky.
• Do pasivních prvků sítě patří:
  • Kabeláž
  • Zásuvky a konektory
  • Patch panely
  • Rozvaděče (racky)
  • Organizéry a kabelové žlaby
  • Přechodové a prodlužovací kabely (patch kabely)
  • Rozbočovače (pasivní)

• Příklady pasivních prvků:

  • Koaxiální kabel

    • Koaxiální kabel je tvořen dvěma soustřednými vodiči, od nichž je odvozen také název tohoto kabelu – coaxial znamená soustředný.
    • Maximální přenosová rychlost 10 Mb/s.
    • Tenký koaxiální kabel - Dnes používá častěji i v jiných oborech (rozvody antén apod.), má průměr 0,6 cm, impedanci 50 Ohm a maximální dosah 185 m. Standart 10Base2.
  
  
  

  • Kroucená dvojlinka

    • Je nejpoužívanější typ kabelu v počítačových sítích.

    • V počítačových sítích se používají kabely tvořené čtyřmi páry vodičů zakončené konektory RJ-45.

    • Důvod kroucení vodičů je zlepšení elektrických vlastností kabelu. Minimalizují se takzvané přeslechy mezi páry a snižuje se elektromagnetické interakce mezi dvojlinkou a jejím okolím, tj. je omezeno vyzařování elektromagnetického záření do okolí i jeho příjem z okolí.

      Typ	Název	Popis
      UTP	Unshielded Twisted Pair	Nestíněná dvojlinka – nejběžnější typ kabelu.
      STP	Shielded Twisted Pair	Dvojlinka s opletem – odolnější vůči rušení.
      FTP	Foiled Twisted Pair	Stínění každého páru fólií nebo kolem celé sady párů.
      S/FTP	Shielded/FTP	Kombinace opletení a fólie – vysoká odolnost proti EMI.

    • Kabely se podle kvality, která závisí především na maximální použitelné frekvenci signálu, rozdělují do kategorií Cat1 až Cat8. Kabely nižších kategorií obvykle nepoužívají stínění – označují se UTP, kabely Cat7 a Cat8 vždy používají stínění jednotlivých párů (U/FTP), celého kabelu (S/UTP, F/UTP), případně obojí.

      Kategorie	Max. rychlost	Max. frekvence	Stínění
      Cat 3	10 Mb/s	16 MHz	Nechráněná
      Cat 5	100 Mb/s	100 MHz	Obvykle UTP
      Cat 5e	1 Gb/s	100 MHz	UTP/STP
      Cat 6	1–10 Gb/s*	250 MHz	UTP/STP
      Cat 6a	10 Gb/s	500 MHz	Obvykle STP
      Cat 7	10 Gb/s	600 MHz	STP/SFTP
      Cat 7a	10 Gb/s	1000 MHz	S/FTP
      Cat 8	25–40 Gb/s	2000 MHz	S/FTP

  
  
  

  • Optický kabel (Fiber-Optic)

    • Optický kabel přenáší data pomocí světelných impulsů, které procházejí tenkým skleněným nebo plastovým vláknem. Tato technologie umožňuje vysokou rychlost, velkou šířku pásma a minimální rušení.

    • Vysílač (označován Tx), zpravidla LED nebo laserová dioda, převádí tedy elektrické signály na světelné impulsy a přijímač (Rx) je složen z fotodetektoru, který převádí optický signál do elektrického tvaru.

      Typ vlákna	Způsob šíření	Průměr jádra	Vzdálenost	Rychlost	Použití
      Single-mode (SMF)	Jeden paprsek	~9 µm	10–120 km (i více s opakovači)	1–400 Gb/s a více	Venkovní páteřní sítě, ISP
      Multi-mode (MMF)	Více paprsků	~50–62,5 µm	100–400 m (v závislosti na typu OM)	Až 100 Gb/s	Datová centra, LAN

    • Jednovidová (single-mode) vlákna přenášejí světlo jedním paprskem, takže umožňují dlouhý přenos bez ztrát.

    • Mnohovidová (multi-mode) vlákna přenášejí více paprsků zároveň, což je vhodné na kratší vzdálenosti, ale s větším rozptylem a útlumem.

  
  
  

  • Konektory a zásuvky

    • Konektory a zásuvky slouží k propojení jednotlivých částí sítě. Umožňují připojit kabely k síťovým zařízením, rozvodným panelům nebo koncovým stanicím.
    • Liší se podle typu přenosového média – jiný konektor se používá pro metalické kabely a jiný pro optická vlákna.
    • Důležitá je kvalita spojení, která ovlivňuje přenos signálu – u optiky např. přesnost zarovnání vláken, u metaliky správné zakončení a stínění.
    • Metalické kabely – kroucená dvojlinka (Twisted Pair)
      • RJ-45 - Používá se nejčastěji pro Ethernet (LAN), má 8 pinů a je standardem pro síťové připojení.
      • RJ-11 - Menší konektor s 4 nebo 6 piny, využívá se hlavně pro telefonní linky nebo ADSL modemy.
    • Koaxiální kabely
      • BNC (Bayonet Neill–Concelman) - Bajonetový konektor, používaný ve starších Ethernet sítích, kamerových systémech a laboratorních přístrojích.
      • F konektor - Závitový konektor často využívaný pro kabelovou televizi nebo připojení modemů k anténnímu rozvodu.
      • T-kus (BNC T-connector) - Sloužil k připojení více zařízení v sítích s topologií sběrnice. Dnes již téměř nepoužívaný.
    • Optická vlákna
      • SC (Subscriber Connector) - Čtvercový konektor s jednoduchým zasunutím, běžný v LAN a páteřních sítích.
      • LC (Lucent Connector) - Malý a kompaktní konektor, často se používá v datových centrech. Často se vyskytuje v duplexní podobě.
      • ST (Straight Tip) - Kruhový konektor s bajonetovým zajištěním, častější v dřívějších optických instalacích.
      • MTP/MPO (Multi-Fiber Push-On) - Vysoce husté konektory pro paralelní přenos více vláken – např. 12 nebo 24 vláken v jednom konektoru. Používají se v moderních datových centrech.

---

Aktivní prvky sítě

• Opak pasivního prvku sítě, je takový prvek sítě, který s datovým signálem vykonává určitou aktivní činnost.
• Nejedná se pouze o mechanické součásti sítě, ale o zařízení, na kterých běží určitý software vykonávající nějakou činnost s procházejícím datovým signálem.
• Do aktivních prvků sítě patří:
  • Opakovač (repeater)
  • Rozbočovač (hub)
  • Most (bridge)
  • Směrovač (router)
  • Brána (gateway)
  • Přepínač (switch)
  • Powerline adaptéry
  • Access point (AP/přístupový bod)
  • Server
  • Síťové adaptéry

• Příklady aktivních prvků:

  • Hub (rozbočovač)

    • Hub je jednoduché síťové zařízení, které pracuje na 1. (fyzické) vrstvě modelu ISO/OSI. Přijímá data z jednoho portu a vysílá je na všechny ostatní porty bez ohledu na cílové zařízení – data tedy dostanou všechna připojená zařízení, což způsobuje zbytečný provoz.
    • Hub nerozlišuje MAC adresy, neprovádí žádnou filtraci ani směrování. Je to dnes zastaralé zařízení, nahrazené switchem, který je mnohem efektivnější a bezpečnější.
      
      

  • Most (bridge)

    • Most je síťové zařízení, které spojuje dvě (nebo více) síťových segmentů na linkové vrstvě (2. vrstva ISO/OSI). Funguje podobně jako switch, ale většinou má méně portů a slouží k oddělení provozu mezi částmi sítě.
    • Analyzuje MAC adresy a rozhoduje, zda má rámec přeposlat nebo zadržet – čímž omezuje zbytečný provoz a zvyšuje výkon sítě.
    • Dříve byl běžnější v menších sítích, dnes je většinou nahrazen switchem, který má širší možnosti.
      
      

  • Switch (přepínač)

    • Switch je aktivní síťové zařízení, které slouží k propojování zařízení v rámci jedné sítě (LAN). Na rozdíl od hubu přeposílá data inteligentně jen ke konkrétnímu cílovému zařízení – podle MAC adresy.
    • Switch pracuje na 2. (linkové) vrstvě modelu ISO/OSI, ale existují i Layer 3 switche, které zvládají základní směrování. Zvyšuje efektivitu a bezpečnost přenosu v síti, protože minimalizuje zbytečný provoz.
      
      

  • Směrovač (router)

    • Router je zařízení, které propojuje různé sítě a zajišťuje směrování dat mezi nimi – typicky mezi lokální sítí (LAN) a internetem (WAN).
    • Na základě IP adres rozhoduje, kudy se budou data posílat, aby dorazila ke správnému cíli.
    • Moderní routery často obsahují i další funkce, jako například:
      • Přidělování IP adres (DHCP server),
      • Firewall,
      • NAT (překlad privátních IP adres na veřejnou),
      • Wi-Fi přístupový bod.

    
    
    

  • Brána (gateway)

    • Brána je zařízení, které propojuje dva různé síťové systémy s odlišnými protokoly. Na rozdíl od jiných síťových zařízení rozumí obsahu dat a dokáže jej převádět. Pracuje až na aplikační vrstvě modelu ISO/OSI.
    • Typickým příkladem je GSM brána, která převede webová data na SMS zprávu. V sítích TCP/IP se často používá pojem brána i pro zařízení, která zajišťují přístup do internetu.
      
      

  • Síťová karta

    • Síťová karta, anglicky označována jako Network Interface Card (NIC) je zařízení, které zprostředkovává komunikaci síťového zařízení se samotnou sítí. Nejčastěji bývá již součástí základní desky počítače (integrovaná síťová karta) nebo ve formě zásuvné karty do slotu (např. ISA, PCI, PCI-e, u notebooku PCMCIA, ale také např. USB) v základní desce.
    • A - Síťová karta do ISA slotu, kde se síť připojuje pomocí kroucené dvojlinky s koncovkou RJ-45.
    • B - Síťová karta do ISA slotu základní desky, ale připojuje se k ní koaxiální kabel s bajonetovou koncovkou.
    • C - Je PCMCIA síťová karta do notebooku (starší notebooky).
    • D - USB síťová karta.