| 2. Verkon mediat ja komponentit |
Tässä osiossa tutustumme verkon fyysiseen rakenteeseen. Tutkinnan kohteena ovat mm. kaapelit ja muut laitteet, jotka liittävät tietokoneen toisiinsa.
Verkkokaapelit yhdistävät tietokoneet toisiinsa. Kaapeleita on monen tyyppisiä riippuen tarpeista ja verkon koosta. Itse asiassa elämä kaapelien kanssa voi olla hämmentävää, sillä kaapelien myyntiluettelossa saattaa olla tuhansia erilaista kaapeleita (ks. mm. www.belden.com). Onneksi kaapelit voidaan luokitella kolmen päätyyppiin, joita käytetään suurimmassa osassa verkoista:
Voidaan sanoa, että koaksiaalikaapelit edustavat tämän päivän verkkotekniikassa lähihistoriaa. Nykyajan verkkoja ei enää rakenneta koaksiaalikaapeleilla, mutta silti niihin saattaa törmätä vanhakantaisissa tai nuukissa organisaatiossa. Syyt kaapelin menestykselliselle olivat yksinkertaisia: kaapeli oli halpaa, kevyttä, joustavaa ja sitä oli helppo työstää. Silti koaksiaalitekniikka on ehdottomasti tutustumisen arvoinen ja sinänsä käyttökelpoinen tekniikka.
Yksinkertaisimmillaan koaksiaalikaapeli koostuu kupariytimestä, jota ympäröi eristekerros, eristekerroksen ympärillä olevasta metalliverkosta sekä uloimmasta suojakerroksesta (vrt. kuva 25).
Kuva 25. Koaksiaalikaapeli koostuu eri kerroksista.
Kaapelin suojaus viittaa verkkomaiseen metallikerrokseen (joka voi olla myös muuta materiaalia), joka on tyypillinen jollekin kaapelityypille. Suojauksella estetään ulkoisen sähköisten signaalien häiritsevä vaikutus varsinaiseen siirrettävään dataan. Häiritseviä signaaleja sanotaan myös meluksi. Ulkoiset häiriöt eivät pääse kaapelin sisään vääristämään siirrettävää tietoa. Kun kaapelissa on yksi eristekerros ja yksi metalliverkkovaippa, sanotaan kaapelin olevan kaksinkertaisesti suojattu. Myös nelinkertaisia suojauksia käytetään ympäristöissä, joissa kaapeli on altis vahingoille. Nelinkertainen suojaus koostuu siis kahdesta eristekerroksesta ja kahdesta metalliverkkokerroksesta. Kaapelin ydin kuljettaa sähköisiä signaaleja, joista siirrettävä data koostuu. Ydin on tavallisesti kuparijohdin.
Kaapelin ydintä ympäröivä dielektrinen suojavaippa, joka eristää ytimen metalliverkosta. Vaippa toimii maattona ja suojaa ydintä sähköisiltä häiriöiltä ja ylikuulumiselta. Ylikuuluminen (crosstalk) tarkoittaa tilannetta, jossa vierekkäisten kaapelien signaalit pyrkivät siirtymään kaapelista toiseen.
Johtavan ytimen ja suojavaipan on aina oltava eristettyjä toisistaan. Jos ne koskettavat toisiaan, syntyy oikosulku ja ulkoisen suojavaipan häiriöt ja signaalit pääsevät kuparijohtimeen. Oikosulku tapahtuu, jos mitkä tahansa kaikki johdinta tai jokin johdin ja maatto ovat kosketuksessa toisiinsa. Tästä aiheutuu sähkövirran ja sen mukana datan suoran johtuminen jonnekin, minne sitä ei ole tarkoitettu. Matalan jännitteen oikosulut aiheuttavat usein laitevikoja, ja laiteviat vuorostaan tuhoavat dataa.
Lopulta koko kaapelia ympäröin johtamaton ulkokerros, mikä on tavallisesti kumia, teflonia tai muovia.
Tänä päivänä eniten käytettyihin parikaapeleihin verrattuna (joista puhumme myöhemmin) koaksiaalikaapelit kestävät paremmin ulkoisia häiriöitä ja signaalin vaimentumista (attenuaatiota).
| Attenuaatio Signaalin voimakkuuden heikkenemistä, joka alkaa, kun signaali kulkee kauemmaksi kuparijohdinta myöten. |
Kudottu suojaava vaippa voi absorboida häiritseviä sähköisiä signaaleja, jotka eivät siten häiritse kuparijohtimessa liikkuva dataa. Tästä syytä koaksiaalikaapeli on toimii hyvin pitkilläkin matkoilla.
Koaksiaalikaapeleita on kahta tyyppiä:
Ohut koaksiaalikaapeli (Ohut ethernet)
Ohut koaksiaalikaapelin läpimitta on noin 6 mm. Koska kaapeli on joustava, sitä voi käyttää miltei missä tahansa verkkoasennuksessa. Kuvassa 26 näet miten ohut koaksiaalikaapeli kytketään suoraan tietokoneen verkkokorttiin
Kuva 26. Koaksiaalikaapelin kytkentä verkkokorttiin.
Kokonaisuudessaan koaksiaalikaapelityypit voidaan luokitella seuraavasti:
| Kaapeli | Kuvaus |
| RG-58 /U | Kiinteä kupariydin |
| RG-58 A/U | Monisäikeinen kupariydin |
| RG-58 C/U | RG-58 C/U:n sotilaallinen määritys |
| RG-59 | Laajakaistalähetyksiä varten (esim. kaapelitelevisio). |
| RG-6 | Suurempi läpimitta ja luokiteltu korkeampia taajuuksia varten kuin RG-59, mutta käytetään myös laajakaistalähetyksiä varten. |
| RG-62 | ArcNet-verkoissa käytetty kaapeli. |
RG-58-koaksiaalikaapeleissa kuparinen ydin voi olla kiinteä tai monisäikeisen (vrt. kuva 27).
Kuva 27. Monisäikeinen tai kiinteä kupariydin.
Paksu koaksiaalikaapeli (Paksu ethernet)
Paksu kaoaksiaalikaapeli on suhteellisen jäykkä ja sen läpimitta on peräti 1,27 cm. Sitä kutsutaan myös Standardiksi Ethernetiksi, koska se oli ensimmäinen suositussa Ethernet-verkkoarkkitehtuurissa käytetty kaapelityyppi.
Paksun koaksiaalikaapelin kuparijohdin on paksumpi kuin ohuessa koaksiaalikaapelissa. Ja mitä paksumpi kuparijohdin, sitä pitemmälle se voi kuljettaa signaalia. koska paksun koaksiaalikaapelin signaalin kuljetusmatka on jopa 500 metriä, sitä voidaan käyttää runkokaapelina, joka yhdistää ohueen koaksiaalikaapeliin perustuvia verkkoja (tänä päivänä runkokaapelin tosin alkava olla jo valokuituja, joista myöhemmin).
Kuvassa 28. näkyy laite, jolla ohut koaksiaalikaapeli liitetään paksumpaa koaksiaalikaapeliin. Laitetta kutsutaan lähetin-vastaanottimeksi eli transceiveriksi (yhdistelmä sanoista transmitter ja receiver, lähetin ja vastaanotin). Lähetin-vastaanotinyksikkö sisältää "vampyyriliittimenä" tunnetun liitinosan, jonka piikkimäinen kärki työntyy paksun koaksiaalikaapelin sisään saaden kosketuksen kuparijohtimeen. yksiköstä lähtevä liitäntäjohdin (transceiver cable) muodostaa yhteyden verkkokortin pääteleiteliitäntään (attachmentunit interface, AUI). Pääteleiteliitännän ja AUI-portin liitin tunnetaan DIX-liittimenä tai DB-15-liittimenä.
Kuva 28. Paksun koaksiaalikaapelin transceiver ja yksityiskohta vampyyriliitoksesta.
Mutta mitkä itse asiassa ovat ohuen ja paksun koaksiaalikaapelein erot? Yleisesti ottaen voidaan sanoa, että mitä paksumpi kaapeli, sitä vaikeampi sitä on työstää. Tämä korostuu silloin, kun kaapelia pitää kuljettaa ahtaissa tiloissa ja läpivienneissä. Toisaalta paksu kaapeli on ohutta kalliimpaa, mutta sen kantaa signaalia pidemmälle.
Liittimet
Sekä ohut että paksu koaksiaalikaapeli käyttävät liitinkomponentteja, jotka tunnetaan nimellä BNC. BNC-ryhmään kuuluu mm. seuraavanlaisia komponentteja (vrt. kuva 29.- 31):
BNC-kaapeliliitin, joka on juotettu tai puristettu kaapelin päähän (kuva 29).
Kuva 29. BNC-kaapeliliitin
BNC-T-liitin puolestaan yhdistää tietokoneen verkkokortin verkon kaapeliin eli verkkokortti kytketään suoraan BNC-T-liittimeen (kuva 30.)
Kuva 30. BNC-T-liitin
BNC-jatkoliittimen tehtävä on yhdistää kaksi ohutta koaksiaalikaapelia toisiinsa, jolloin kaapelille saadaan lisää pituutta (kuva 30.).
Kuva 31. BNC-jatkoliitin
BNC-päätevastus eli terminaattori sulkee väyläkääpelin pään ja absorboi signaalin. Ilman terminaattoria väyläverkko ei toimi (kuva 31.).
Kuva 32. BNC-päätevastus
Koaksiaalikaapeleiden paloturvallisuus
Koaksiaalin valintaa vaikuttaa kaapelin sijoituspaikka. Kaapeleita on kahta mallia:
PVC-muovityyppiä käytetään useimmissa koaksiaalikaapeleissa eristeenä ja päällysteenä. PVC on joustavaa, joten sitä on helppo kuljettaa, mutta palaessaan se päästää ilmaan myrkyllisiä kaasuja.
Jos kaapeleita joudutaan vetämään huoneen välikattoon, esimerkiksi ilmanvaihtoputkien lähelle, kaapeleille on asetettu paloturvallisuusmääräyksiä. Nämä kaapelit on tehty erikoismateriaalista, ne ovat tulenkestäviä ja myrkyllisten kaasujen tuotto on minimoitu. Toisaalta nämä turvakaapelit ovat kalliimpia ja hankalampia käsitellä, vrt. kuva 33.
Kuva 33. Kun asennat kaapeleita kattoon ka seinien sisään, ota selvää paloturvallisuus- ja sähkölaitenormeista.
Nykyaikaiset fyysiset verkotukset on toteutettu lähestulkoon aina kierretyllä parikaapelilla. Yksinkertaisimmillaan kierretty parikaapeli koostuu kahdesta eristetystä kuparijohtimesta, jotka on kierretty toistensa ympärille. Tällaisia parikaapeleita on kahta tyyppiä: suojaamattomia (unshielded twisted-pair, UDP) ja suojattuja (shielded twisted-pair, STP), vrt kuva 32.
Kuva 34. Suojaamaton ja suojattu kierretty parikaapeli.
Tavallisesti suojavaipan sisään on koottu useita parikaapeleita yhdeksi kaapeliksi. Kaapelissa olevien parien todellinen määrä vaihtelee. Parien kiertäminen toistensa ympärille kumoaa sen sähköisen melun, joka muutoin aiheutuisi kahdesta lähekkäin olevasta johtimesta. tai muista häiriölähteistä kuten sähkömoottorista tai muuntajasta.
UTP-kaapelit
UTP lähiverkkojen suosituin 10BaseT-määrityksen mukainen kaapelityyppi. Parikaapelisegmentin suurin pituus on 100 metriä. UTP koostuu kahdesta eristetystä kuvaparijohtimesta (vrt. kuva 34.). UTP-määräykset määräävät eri tarkoituksia varten sen, kuinka monta kierrosta parissa voi olla pituusyksikköä kohti. Mm. Pohjois-Amerikassa UTP-kaapeli on tavallisin kaapelityyppi puhelinjärjestelmissä, joten se on jo valmiiksi asennettu useimpiin rakennuksiin.
Jotta UTP kaapeli olisi laadullisesti yhtenäistä, se on standardoitu EIA/TIA 586-standardilla. UTP:n määrityksiin kuuluu viisi kategoriaa (arkikielessä käytetään usein nimityksiä cat1, cat2 jne):
STP-kaapelit
STP-kaapeleissa on kuparipunosvaippa, joka on korkealaatuisempi ja paremmin suojaava kuin UTP-kaapelien suojus (vrt. kuva 34). Lisäksi STP-kaapeleissa on suojakalvo parien kummankin puoliskon välillä. Tämä rakenne antaa STP-kaapelissa kuljetettavalle datalle erinomaisen suojan ulkoisia häiriöitä vastaan eli kaapelia on UTP:hen verrattuna vähemmän altis ulkoisille häiriöille ja tukee suurempaa siirtonopeutta pitkillä matkoilla.
Kierrettyjen parikaapelien komponentit
Kierretyt parikaalit määritellään kierteidensä perusteella ja sen mukaan miten ne välittävät dataa. Niiden asentamista varten on omat komponenttinsa, joiden avulla varmistetaan kunnon asennus.
Liittimet
Parikaapelit käyttävät RJU-45 -liittimiä kaapelin liittämiseksi tietokoneeseen (kuva 35.).
Kuva 35. Rj-45-liitin ja sen vastakappale.
Rj-45 muistuttaa puhelinten RJ-11-liitintä, mutta RJ-45 on hieman RJ-11-liitintä isompi eikä siten sovi RJ-11-liittimiin. Lisäksi rj-45:ssä on kahdeksan ja RJ-11:ssä vain neljä johdinta.
Suurten verkotusjärjestelmien asentamista voidaan helpottaa mm. seuraavilla komponenteilla (vrt. kuva 36.).
Kuva 36. Erityyppisiä parikaapelikomponentteja.
Kokonaisuudessaan voidaan sanoa, että parikaapeli ovat tänä päivänä LAN-verkkojen peruskaapelityyppi. Ne on suhteellisen helppo asentaa ja tietokoneiden liittäminen on niihin yksinkertaista. Toisaalta parikaapelin turvallisuusaste ei ole niissä aivan huippuluokkaa eivätkä ne sovi silloin, jos dataa on siirrettävä pitkiä matkoja suurilla nopeuksissa.
Valokuitukaapeleissa datasignaalit kulkevat optisia kuituja pitkin moduloituina valopulsseina. Tämä on suhteellisen turvallinen tapa lähettää dataa, koska valokuituja pitkin ei kulje minkäänlaisia sähköimpulsseja; täten valokuituja ei voi salakuunnella eikä niiden dataa voi varastaa toisin kuin kuparijohtimissa.
Valokuidut soveltuvat hyvin suurille siirtonopeuksille ja suurten tietomäärien siirtämiseen, koska niissä ei esiinny vaimentumista ja niiden signaalit ovat puhtaita.
Valokuidun rakenne
Valokuitu koostuu erittäin ohuesta sylinterinmuotoisesta lasiytimestä. sitä ympäröi niin ikää lasista tehty suojavaippa. Joskus valokuidut on tehty myös muovista. Muovinen kuitu on helpompi asentaa, mutta se ei sovellut niin pitkiin siirtomatkoihin kuin lasinen kuitu.
Kukin lasirihma (ydin) kuljettaa signaalia vain yhteen suuntaan, joten kaapeli koostuu aina kahdesta erillisestä osasta: toinen lähettää ja toinen vastaanottaa. Kumpaakin valokuitua ympäröi suojaava muovivaippa. niiden välissä on vielä jäykkyyttä lisäävä kevlarkuituvahvistus (vrt. kuva 37.). Parikaapeleiden tapaan valokuitukaapeli on peitetty erillisellä suojakuorella.
Kuva 37. Valokuitukaapelin rakenne.
Valokuitukaapelit ovat tavattoman nopeita, jopa yli 1 Gbps. Valokuitujen signaalin siirtomatka on useita kilometrejä. Niinpä valokuituja käytetään, jos tarvitaan medialle turvallinen ja nopea siirtonopeus pitkälle matkalle. Toisaalta valokuitu on parikaapeleita kalliimpaa ja sen asentaminen ja laitteiden liittäminen kuituun vaatii asiantuntevuutta. Tosin kaikki em. valokuidun haittojen merkitys on pikku hiljaa häviämässä.
Koodattujen signaalien lähettämiseen kaapelia pitkin käytetään kahta tekniikkaa: kantataajuista lähetystä ja laajakaistalähetystä.
Kantataajuinen lähetys
Kantataajuisissa järjestelmissä (baseband) signaaliin lähettämiseen käytetään vain yhtä kanavaa. Signaalit kulkevat erillisinä sähkö- tai valopulsseina. (ks. kuva 38.).
Kuva 38. Kantataajuinen lähetys ja sen kaksisuuntainen digitaalinen aalto.
Kun signaali lähetetään kaksisuuntaisena digitaalisena aaltona, niin lähetyksessä käytetään koko siirtokanavan kapasiteetti käytetään yhden datasignaalin lähettämiseen. Digitaaliset signaalit käyttävät koko kaistanleveyden, joka koostu vain yhdestä kanavasta. Kaapelin kaistanleveys viittaa tiedonsiirron kapasiteettiin tai lähetysnopeuteen tietoliikennejärjestelmässä ja sitä mitataan bitteinä sekuntia kohti (bps).
Signaalin kulkiessa verkkokaapeleita pitkin sen voimakkuus ennen pitkää heikkenee ja signaali voi vääristyä. Jos kaapeli on liian pitkä, tuloksena on heikko ja vääristynyt signaali. Vastaanotettu signaali voi olla tunnistamaton tai se voidaan tulkinta väärin.
Tämän estämiseksi kantataajuisessa lähetyksessä käytetään joskus toistimia signaalin vastaanottamiseen ja edelleen lähettämiseen; tämän avulla signaali säilyttää alkuperäisen muotonsa ja voimakkuuden. Samalla voidaan pidentää kaapelien pituutta.
Laajakaistalähetys
Laajakaistaisessa lähetyksessä käytetään analogista signaalia ja useita taajuuksia (vrt. kuva 39.). Analogisessa lähetyksessä signaalit ovat jatkuvia ja katkeamattomia. Ne kulkevat fyysisen median kautta sähkömagneettisina tai optisina aaltoina. Laajakaistalähetyksissä signaalin kulku on yksisuuntaista.
Laajakaistaisessa lähetyksessä kaistanleveys on riittävä, jotta voidaan tukea samassa kaapelissa useita samanaikaisia laajakaistalähetyksiä, kuten kaapelitelevisio- ja datalähetyksiä. Kunkin lähetysjärjestelmän käyttöön osoitetaan osa kokonaiskaistanleveydestä. Kaikki tiettyyn lähetysjärjestelmään kuuluvat laitteet, kuten LANin tietokoneet, on viritettävä niin, että ne käyttävät vain sallituissa rajoissa olevaa taajuutta. Kun kantataajuiset lähetykset käyttävät toistimia, laajakaistalähetykset käyttävät vahvistimia uudistamaan analogisen signaalin sen alkuperäiseen vahvuuteen.
Kuva 39. Laajakaistalähetys ja sen analoginen aalto.
Koska laajakaistalähetyksen signaali kulkee vain yhteen suuntaan, on siirrolle oltava kaksi tietä, jotta data voisi tavoittaa kaikki laitteet. Tämä voidaan toteuttaa kahdella tavalla.
Kaistaleveyden tehokkuuden kasvattaminen
Kun verkon koko ja liikenne kasvavat, joudutaan lähetysten nopeutta kasvattamaan. Yksinkertaisin datan ja informaation lähetysmuoto on simplex, mikä tarkoittaa, että tietoa lähetetään vain yhteen suuntaan. Esimerkkinä simplex-lähetyksiä ovat mm. televisio ja radio.
Seuraavaksi monimutkaisempaa lähetystapaa kutsutaan nimellä half-duplex tai puoliduplex. Siinä sataa lähetetään molempiin suuntiin, mutta vain yhteen suuntaa kerrallaan. Esimerkkinä ovat lyhytaaltoradiolähetykset ja pienet radiopuhelimet. Myös surffailu WWW-sivuilla on esimerkki puoliduplex-tiedonsiirrosta. Voit lähettää pyynnön web-sivustolle ja odottaa, että se lähettää pyydetyt sivut takaisin. Useimmat modeemi-yhteydet käyttävät puoliduplex-lähetystapaa.
Tehokkain menetelmä tiedon lähettämiseen on täysduplex- eli fullduplex-lähetys. Siinä dataa voidaan lähettää ja vastaanottaa samanaikaisesti. Hyvä esimerkki tästä on kaapeliyhteys, jota käytetään televisiovastaanoton lisäksi myös Internet-yhteyksiin. Myös puhelin on fullduplex-laite, koska se sallii puhumisen samanaikaisesti molempiin suuntiin.
Voidaksesi päättää millainen kaapelointi olisi paras omaan tilanteeseesi, niin joudut vastaamaan mm. seuraaviin kysymyksiin:
Mitä paremmin kaapeli suojaa sisäisiltä ja ulkoisilta häiriöiltä, sitä pitemmälle ja nopeammin se kuljettaa signaalia. Mutta mitä parempi nopeus, signaalin puhtaus ja turvallisuus, sitä suuremmat ovat kaapeloinnin kustannukset.
Mutta kaapelin valinnalla on myös kääntöpuolensa. Jos työskentelet suuressa organisaatiossa ja valitset edullisemman kaapelin, saatat enne pitkää huomata, ette kaapeli enää vastaakaan turvallisuuden ja nopeuden vaatimuksia. Kaapelointi riippuu näin ollen suuresti tilanteesta sen tulevista tarpeista. Pienen yrityksen kaapelointiin voidaan suhtautua eri tavalla kuin mm. pankin verkottamiseen.
Seuraava taulukko antaa vertailutietoja eri kaapelityypeistä:
| Ominaisuus | Ohut
koaksiaali (10Base2) |
Paksu
koaksiaali (10Base5) |
Kierretty
parikaapeli (10BaseT) |
Valokuitu |
| Kaapelin hinta | Parikaapelia kalliimpi | Ohutta koaksiaalikaapelia kalliimpi | UTP: edullisin; STP: ohutta koaksiaalikaapelia kalliimpi | Kalliimpi kuin ohut koaksiaali, mutta paksua edullisempi |
| Käyttökelpoinen kaapelin pituus | 185 m | 500 m | 100 m | 2 km |
| Siirtonopeus | 10 Mbps | 10 Mbps | 10 Mbps 4-100 Mbps |
10o Mbps tai enemmän kuin (> 1Gbps) |
| Joustavuus | Melko joustava | Vähemmän joustava | Joustavin | Erittäin joustava |
| Asennuksen helppous | Helppo asentaa | Helppo asentaa | Helppo asentaa, mahdollisesti jo valmiiksi asennettu | Helppo asentaa |
| Häiriöalttius | Hyvä esto häiriöille | Hyvä esto häiriöille | Altis häiriöille | Riippumaton häiriöistä |
| Erityispiirteet | Sähköiset tukikomponentit halvempia kuin parikaapeleilla | Sähköiset tukikomponentit halvempia kuin parikaapeleilla | Samanlaisia kuin puhelinkaapelit; usein asennettu yleiskaapeloinnissa jo valmiiksi | Tukee äänen, datan ja videon siirtoa |
| Suositeltava käyttötarkoitus | Suuriin ja keskisuuriin verkkoihin, joilla korkea turvavaatimukset | Thinnet-verkkojen linkitykseen | UTP - pieniin
edullisiin verkkoihin; STP - Token Ring kaikissa verkoissa |
Kaiken kokoisiin verkkoihin, jotka edellyttävät nopeutta ja korkeaa verkkoturvallisuutta |
| Huom! Taulukkoa lukiessa on syytä muistaa, että verkkotekniikka kehittyy koko ajan. Kaapelin käyttökelpoiset pituudet vaihtelevat verkkoasennuksesta toiseen ja teknologian parantuessa käyttökelpoinen kaapelin pituuskin kasvaa. Tänä päivänä rakennusten yleiskaapeloinnit tehdään kierretyllä parikaapelilla, mutta myös valokuitujen käyttö on entistä yleisempää - puhumattakaan siitä - että langattomat verkot kasvattavat alati osuuttaan mm. LAN-verkoissa. |
Yleisiä näkökulmia kaapelointiin
Asennuksen osalta on mietittävä, kuinka helposti kaapeli asennettavissa ja työstettävissä. Pienissä asennuksissa, joissa etäisyydet ovat lyhyitä eikä turvallisuus ole kovin olennaista, ei ole järkeä valita paksua, hankalasti asennettavaa ja kallista kaapelia.
Suojaukset tasovaatimukset voivat puolestaan johtaa merkittäviin lisäkustannuksiin. Lähes kaikki verkot käyttävät jonkinlaista suojattua kaapelointia. Mitä häiriöalttiimpi ympäristö, sitä enemmän tarvitaan suojausta. Paloturvalliset kaapelit ovat kaikkein kalleimpia.
Myös ylikuuluminen ja sähköiset häiriöt saattavat aiheuttaa vakavia ongelmia suurissa verkoissa, joissa tietoturvallisuus on tärkeä asia. Halvat kaapelit ovat alttiita ulkoisille sähkökentille, joita aiheuttavat esim. voimalinjat, moottorit, releet ja radiolähettimet. Nämä lisäävät häiriöiden ja ylikuulumisen riskiä.
| Ylikuuluminen (crosstalk) Tiedonsiirrossa esiintyvä virhe, joka aiheutuu kahden lähekkäin olevan siirtokaapelin toisiinsa aiheuttamista häiriöistä. |
Siirtonopeutta mitataan megabitteinä sekuntia kohde (Mbps). Standardi vertailuarvo siirtonopeudelle nykyisissä lähiverkon kuparikaapeleissa on 100 Mbps. Valokuitukaapeli siirtävät dataa yli 1 Gpbs:n siirtonopeudella.
Kaapelien pituusmääräykset johtuvat puolestaan attenuaatiosta (vaimentuminen). Jos signaali kärsii liian suuresta vaimentumisesta, vastaanottava kone ei ymmärrä sitä. Useimmissa verkoissa on virheentarkistusjärjestelmä, joka lähettää signaalin uudelleen, jos se on liian heikko ymmärrettäväksi. Uudelleenlähetys kuitenkin vie kuitenkin aikaa ja hidastaa verkon toimintaa.
Verkkokortit muodostavat liitännän kaapeleiden ja tietokoneiden välille. kortit asennetaan jokaisen veron tietokoneen ja palvelimen laajennuskorttipaikkaan. Kun kortti on asennettu, liitetään verkon kaapeli kortin porttiin, jolloin varsinainen fyysinen yhteys tietokoneen ja muun verkon välillä syntyy (ks. kuva 40.).
Kuva 40. Verkkokortti, jossa on BNC-liitin ja ohut Ethernet -kaapeli
Verkkokorttien ymmärtämisessä on tärkeää kuvailla verkkokortin tehtävät verkossa eli miten ne lähettävät, vastaanottavat ja kontrolloivat tietoa.
| Seis! Katso rompulta videot 17 ja 18 verkkokortin asennuksesta. |
Lyhyesti sanottuna verkkokortin tehtävä on
Teknisemmin sanottuna verkkokortti sisältää sekä elektoroniikkaa että pysyväismuistiin (ROM) ohjelmoitua logiikkaa, joka toteuttaa loogisen yhteyskontrollin (logical link control) ja mediaan pääsyn (media access control) toiminnot OSI-mallin siirtoyhteyskerroksessa (ks. OSI-mallista myöhemmin luvussa 6.).
Datan valmistaminen
Enne kuin sata lähetetään verkkoon, verkkokortin on muutettava se tietokoneen ymmärtämästä muodosta kaapelissa kuljetettavaan muotoon. Data kulkee tietokoneessa reittejä pitkin, joita sanotaan väyliksi. Väylät ovat useita rinnakkaisia reittejä, jotka on sijoitettu vieri viereen. Koska reitit on sijoitettu rinnakkain, data voi kulkea ryhmissä sen sijaan, että se kulkisi yhtenä vuona sarjassa.
| Vuonohjaus (flow control) Tapa, jolla tiedon lähettäjä ja vastaanottaja ohjaavat siirrettävää bittivirtaa. Vuonohjaukseen liittyy signaali, jonka vastaanottajaa lähettää kun se on valmis ottamaan vastaan lisää dataa ja toinen signaali, jolla se pyytää lähettäjää tilapäisesti odottamaan kunnes puskuriin kerätty tieto on ehditty siirtää eteenpäin. Vuonohjaus toteutetaan yleensä rajaliitännässä sitä varten varatuilla signaaleilla, mutta se voidaan toteuttaa myös ohjelmallisilla merkeillä. |
Vanhemmat väylät olivat 8-bittisiä ja siitä väylänopeudet ovat kasvaneet 16.sta, 32:een ja 64:ään bittiin. Kun data kulkee tietokoneen väylässä, sen sanotaan kulkevan rinnakkaisena, koska esim. 32 bittiä kulkee rinta rinnan. 64-bittinen väylä on täten kuin 64-kaistainen moottoritie, jossa voi ajaa rinta rinnan.
Verkkokaapeleissa datan täytyy kulkea yhteisenä bittivirtana. Kun sata kulkee verkon kaapeleissa, san sanotaan kulkevan sarjamuotoisena lähetyksenä, koska jokainen bitti seuraa toista bittiä; ts. kaapeli on kuin yksikaistainen tie. Tällaisessa siirtotiessä tieto kulkee aina yhteen suuntaan. Tietokone on joko lähettämässä tai vastaanottamassa tietoa.
Verkkokortti ottaa rinnakkaisena kulkevan datan vastaan ryhmänä ja järjestää sen uudelleen niin, että se sopii verkon yhden bitin levyiseen sarjakaapeliin (ks. Kuva 41.).
Kuva 41. Rinnakkainen datavirta muunnetaan sarjamuotoiseksi virraksi.
Rinnakkaisdatan muunto sarjamuotoiseksi tapahtuu siten, että tietokoneen digitaaliset signaalit tulkitaan sähköisiksi ja optisiksi signaaleiksi, jotka voivat kulkea verkon kaapeleissa. Tämän tulkitsemisesta on vastuussa lähetin-vastaanotin eli transceiver.
| Lähetin/vastaanotin (transmitter/receiver) Tietoliikenteessä laite, joka pystyy sekä lähettämään että vastaanottamaan. Transceiver-nimeä käytetään myös lisälaitteesta, joka kytkee PC:n Ethernet-verkkoon. Ensimmäisissä verkkokorteissa transceiverit olivat erillisiä, omilla liitäntäkaapeleilla varustettuja rasioita, mutta uusissa verkkokorteissa transceiver-toiminta on integroitu muuhun verkkokorttiin. |
Verkko-osoite
Tiedon muuntamisen lisäksi verkkokortin on myös ilmaistava sijaintinsa tai osoitteensa muulle verkolle, jotta se erottuisi muista verkon verkkokorteista.
Verkko-osoitteet määritellään IEEE:n (Institite of Electrical and Electronic Engineers, Inc.) komiteassa. Tämä komitea luovuttaa verkkokorttien valmistajille osoitesarjoja jokaiselle valmistettavalle verkkokortille. Osoite on tallennettu pysyvästi kortin mikropiireihin. Jokaisella kortilla - ja siten jokaisella verkkoon liitetyllä tietokoneella - on yksilöllinen osoite verkossa.
| MAC-osoite (MAC-address) Yksikäsitteinen 48-bittinen tunnusnumero, jonka valmistaja on antanut verkkokortille. Fyysisiä MAC-osoitteita käytetään TCP/IP-verkon tietoliikenteen kartoittamiseen. |
Verkkokortit osallistuvat myös useisiin muihin toimintoihin, jolla tietoa valmistellaan siirrettäväksi tietokoneelta verkkokaapeliin.
Esimerkkejä toiminnoista:
Toisinaan data voi kulkea nopeammin kuin verkkokortti pystyy sitä käsittelemään. Tällöin tieto lähetetään verkkokortin puskuriin (RAM), jossa sitä pidetään väliaikaisesti sekä lähetyksen että vastaanoton aikana.
Tiedon lähettäminen ja kontrolloiminen
Ennen kuin verkkokortti lähettää tietoa verkkoon, se suorittaa sähköisen vuoropuhelun vastaanottavan verkkokortin kanssa, jolloin molemmat kortit sopivat seuraavista asioista:
Kun uusien nopeiden korttein on kommunikoitava vanhempien ja hitaampien korttien kanssa, molempien korttien on löydettävä yhteinen siirtonopeus. Eräissä uudemmissa verkkokorteissa on piirejä, jonka avulla ne voivat mukautua hitaamman kortin nopeuteen.
Kukin kortti lähettää toisille signaalin,
jolla se ilmoittaa omat parametrinsä sekä sen, hyväksyykö vai mukautuuko se
vastapuolen kortin parametreihin. Kun kaikki yhteydenpidon yksityiskohdat on
määrätty, kaksi korttia voi alkaa lähettää ja vastaanottaa tietoa.
2.4.1 Verkkokortin konfiguroinnit ja asetukset
Verkkokorteilla on useita valinnaisia asetuksia, jotka on määriteltävä jotta kortti toimisi oikein.
Verkkokortin konfiguraatiossa määritellään mm. seuraavia asioita.
| Huom! Nykyiset verkkokortit ja oheislaitteet käyttävät ns. Plug-and-Play -menetelmää, joka käytännössä automatisoi ennen ns. käsin asennettavia asetuksia (asiasta lisää jäljempänä tekstissä). |
Keskeytykset (IRQ)
Keskeytyslinjat (interrupt lines) ovat reittejä, joiden kautta erilaiset laitteet, kuten I/O-portit, näppäimistö, kiintolevyt ja verkkokortit oivat lähettää keskeytyksiä tai palvelupyyntöjä tietokoneen mikroprosessorille.
Nämä keskeytyslinjat on rakennettu tietokoneen sisäiseen elektroniikkaan. Niille on osoitettu eri prioriteettitasoja (=kuka on ensin, kuka sitten...), joiden avulla mikroprosessori voi määritellä saamiensa palvelupyyntöjen suhteellisen tärkeyden.
Kun verkkokortti lähettää palvelupyynnön tietokoneelle, verkkokortti käyttää keskeytystä - elektronista signaalia - jonka se lähettää tietokoneen prosessorille. Jokaisen tietokoneen laitteet on käytettävä omaa keskeytyslinjaansa tai keskeytystään (IRQ). Keskeytyslinja määritellään laitetta asennettaessa. Useimmissa tapauksissa IRQ3 ja IRQ5 ovat verkkokortin käytettävissä. Erilaisilla diagnostiikkaohjelmilla (kuten Microsoftin MSD) saat selville käytössä olevat keskeytykset.
I/O-portti
I/O-portit (Input/Output) määräävät kanavat, joiden kautta informaatio virtaa tietokoneen laitteiden (esimerkiksi verkkokortin) ja prosessorin välillä. Portti näkyy prosessorille sen osoitteena.
Jokaisella järjestelmän laitteella on oltava erilainen I/O-portin numero.
Muistin perusosoite
Muistin perusosoite on tietokoneen RAM-muistin muistipaikkatunnistin. Verkkokortti käyttää tätä muistipaikkaa puskurialueena tulevien ja lähtevien datakehysten tallentamiseen.
| Datakehys Datakehys on informaatiopaketti, joka lähetetään yhtenä yksikkönä. Verkkokortin perusmuistiosoite on usein D8000. Perusmuistin osoitteeksi on välttämätöntä valita osoite, jota mikään muu laite ei käytä. Tosin kaikilla joillakin verkkokorteilla ei ole asetusta perusosoitteeksi, koska ne eivät käytä järjestelmän RAM-muistia |
Lähetin-vastaanottimen valitseminen
Verkkokortissa saattaa olla muita asetuksia, jotka on määriteltävä asennuksen yhteydessä. Joissakin korteissa voi olla esimerkiksi sekä ulkoinen että sisäinen lähetin-vastaanotin. Tässä tapauksessa on päätettävä kumpaa käytetään ja tehtävä korttiin sen mukainen asennus (ks. kuva 44.).
Kuva 44. Ulkoisella ja sisäisellä lähetin-vastaanottimella varustettu verkkokortti.
2.4.2 Verkkokorttien
yhteensopivuus
Jotta tietokoneen ja verkon yhteensopivuus voitaisiin varmistaa, verkkokortin on täytettävä seuraavat ehdot:
Esimerkiksi kortti, joka toimii Apple-tietokoneessa ja väyläverkossa, ei toimisi ns. IBM-tietokoneissa, joka on rengasverkossa. Rengastopologia vaatii kortin, joka on fyysisesti erilainen kuin kortit, joita käytetään väylässä. Samoin Apple käyttää erityyppisiä verkkoliikennemetodeja kuin muut.
Dataväylien arkkitehtuurit
Ympäristössä on neljänlaisia väylärakenteita: ISA, EISA, mikrokanava (Micro Channel) ja PCI. Kukin näistä väylätyypeistä poikkeaa fyysisesti toisistaan. On oleellista, että verkkokortti ja väylä sopivat toisiinsa. Kuvassa 43. on esitetty erilaisia väylätyyppejä, joista nykyisin käytetään PCI-väylätyyppiä.
Kuva 43. ISA, EISA, mikrokanava ja PCI-verkkokortit.
ISA (Industry Standard Architecture)
ISA-arkkitehtuuria käytettiin IBM PC ja AT-tietokoneissa ja kaikissa niiden kanssa yhteensopivissa tietokoneissa. Sen avulla voidaan järjestelmään lisätä erilaisia sovitinkortteja, jotka asennetaan emolevyllä sijaitsevaan lisäkorttipaikkaan. ISA-väylää laajennettiin 8-bittisestä 16-bittiseksi 1984, kun IBM esitteli IBM PC/AT-tietokoneen. ISA viittaa itse lisäkorttipaikkaan.
ISA oli teollisuusstandardi siihen saakka, kunnes Compaq yhdessä muiden yritysten kanssa kehitti EISA-väylän.
EISA (Extended Industry Standard Architecture)
Tämä väyläarkkitehtuuri esiteltiin vuonna 1988 yhdeksän yrityksen konsortion voimin. EISA tarjoaa 32-bittisen dataväylän ja ylläpitää yhteensopivuutta ISA-väylän kanssa samalla, kun se tarjoaa piirteitä, joita IBM esitteli mikrokanava-arkkitehtuurissaan.
Mikrokanava-arkkitehtuuri
IBM esitteli tämän standardin 1988 osana PS/2-uudistustaan. Mikrokanava-arkkitehtuuri on elektronisesti ja fyysisesti yhteensopimaton ISA-väylän kanssa. Mikrokanava toimii joko 16-bittisenä tai 32-bittisenä ja sitä voi ajaa itsenäisesti useampikin väyläprosessori.
PCI (Peripheral Component Interconnect)
Tätä 32-bittistä paikallisväylää käytetään useimmissa Pentium-tietikoneissa ja Apple Power Maiintosh-tietokoneissa. Nykyinen PCi-väyläarkkitehtuuri vastaa useimpiin Plug-and-Play-toiminnallisuuden vaatimuksiin.
| Kytke ja käytä (Plug-and-Play) Microsoftin johdolla kehitetty tekniikka, joka helpottaa lisäkorttien ja oheislaitteiden asentamista mikroon. Käyttäjän ei tarvitse tehdä kortin tominta-asetuksia (keskeytystasot, I/O-osoitteet, DMA-kanavat) vaan kortit asentavat itse itsensä neuvoteltuaan ensin asiasta käyttöjärjestelmän ja koneen BIOSin kanssa. Toimiakseen plug and play -arkkitehtuuri vaatii mikrossa sitä tukevan BIOSin sekä lisäkortit. tuki voi sisältyä myös käyttöjärjestelmään. |
Verkkokortilla on suuri vaikutus koko verkon suorituskykyyn. jos kortti on hidas, data ei kulje tietokoneesta verkkoon ja sieltä takaisin kovin nopeasti. Väyläverkossa, jossa kukaan ei voi käyttää verkkoa enne kuin kaapeli on vapaa, hidas verkkokortti voi lisätä kaikkien käyttäjien odotusaikoja.
Kun verkon fyysiset tunnusmerkit - sen tarvitsema liitintyyppi ja verkon tyyppi, johon sitä käytetään - on välttämätöntä huomioida vielä muitakin tekijöitä. Vaikka verkkokortit noudattavat vähintään minimistandardeja, joillakin korteilla on laajennettuja piirteitä, mitkä parantavat palvelimen, työaseman tai verkon suorituskykyä.
Tiedonsiirtoa voi nopeuttaa mm. seuraavilla konsteilla:
Palvelimet ja työasemat
Koska palvelimet joutuvat usein käsittelemään suurta verkkoliikennemäärää, ne olisi varustettava niin suorituskykyisillä verkkokorteilla kuin mahdollista.
Työasemat voivat sen sijaan käyttää edullisempia kortteja, koska niiden pääasiallinen aktiivisuus on rajoitettu sellaisiin sovelluksiin, jotka eivät generoi huomattavaa verkkoliikennettä (esim. tekstinkäsittelyyn). Sen sijaan monet raskaan sovellukset (tietokanta, CAD-ohjelmat), saattavat aiheuttaa verkkokortille huomattavaa kuormitusta.
Erikoistuneet verkkokortit
Standardikorttien lisäksi verkkoon saatetaan joutua liittymään muilla konstein. Näin on mm. silloin, kun verkossa ei käytetä kaapeleita, vaan järjestelmä on langaton WLAN-verkko (Wireless Local Area Network) eli langaton lähiverkko.
Langattomissa verkkokorteissa on usein
Tavallisesti langattomia kortteja käytetään erityisen komponentin, langattoman keskittimen eli konsentraattorin (concentrator) kanssa, mikä toimii lähetin-vastaanottimena.
| Concentrator Concentrator on kommunikointi, mikä yhdistää signaalit monista lähteistä, esimerkiksi verkon terminaaleista, yhdeksi tai useammaksi signaaliksi ennen niiden lähettämistä määränpäähänsä. |
Valokuituverkon verkkokortit tarjoavat suoran liitännän erittäin nopeisiin valokuituverkkoihin. Näitä kortteja pitäisi käyttää vain erikoistilanteissa niiden kalleuden takia.
Tehtävä 7. 4 pistettä
Vastaa seuraaviin kysymyksiin.
Yrityksesi on vanhoillinen ja siellä on edelleen käytössä vanha, ohutta koaksiaalikaapelia käyttävä väyläverkko, joka sinänsä toimii ongelmitta. Mutta eräänä viikonloppuna verkkoon päätetään liittää kolme uutta työasemaa. Maanantaina töiden alkaessa huomataan, ettei verkko enää toimikaan. Voit käyttää apunasi yllä kuvattua listaa verkko-ongelmista ja tietysti luvun 2. tekstiä.
1. Luettele vähintään kaksi asiaa, jotka voisivat olla syynä verkon toimimattomuuteen. Perustele vastauksesi!
a)
b)
2. Mitä voit tehdä ratkaistaksesi
esittämäsi ongelmat?