Transceiver, drop cable, AUI, BNC
Představa sběrnicové topologie u lokálních počítačových sítí (například u sítí typu Ethernet) je vcelku jednoduchá - na jedno společné přenosové médium se "navěsí" jednotlivé uzlové počítače. Jakým konkrétním způsobem se ale toto "navěšení" musí udělat? Je možné již existující kabel přestřihnout či alespoň naříznout, vzít jiný kus kabelu a připojit jej jako odbočku? Tak jednoduché to bohužel není, ale je dobré vědět proč.
Když jsme si v CW 32/93 povídali v této rubrice na téma Ethernet, řekli jsme si, že sítě tohoto typu mohou používat dva druhy koaxiálních kabelů (tzv. tlustý a tenký), nebo tzv. kroucenou dvoulinku. Koaxiální kabel vděčí za svůj název tomu, že jej tvoří dvě vodivé vrstvy - jedna má formu středového vodiče, a druhá válcového pláště, který středový vodič obepíná (samozřejmě je mezi nimi ještě tenká nevodivá vrstva). Oba vodiče, jak středový tak i vodivý plášť, tak mají shodné osy, a proto se příslušnému kabelu říká souosý (anglicky: co-axial, odsud: coaxial cable neboli koaxiální kabel). Každý druh kabelu (nejen ten koaxiální) má vždy určité obvodové vlastnosti, které určují jeho schopnost přenášet nejrůznější signály. U koaxiálního kabelu je nejdůležitější obvodovou charakteristikou odpor, který kabel klade střídavému proudu, nebo-li tzv. impedance. Ta se udává v Ohmech, a v sítích typu Ethernet se používají koaxiální kabely s impedancí 50 Ohmů. Této impedanci jsou pak přizpůsobeny i všechny obvody ( především budiče), které se na koaxiální kabel připojují.
Mnohem důležitější než konkrétní hodnota impedance (a také dalších obvodových veličin), je spíše to, aby obvodové vlastnosti kabelu byly všude stejné. Jen tak je totiž možné zajistit optimální šíření přenášeného signálu. A zde je právě kámen úrazu: pokud bychom na koaxiálním kabelu udělali odbočku, výrazně bychom tím změnili jeho obvodové vlastnosti (v místě odbočky i v jejím okolí). S lokální změnou obvodových vlastností kabelu by se pak změnil i způsob přenosu "užitečných" signálů celým kabelem, neboť by docházelo například k nežádoucím odrazům signálu v místě přípojky, k interferenci přímého a odraženého signálu, k útlumu a k dalším nežádoucím jevům, jejichž konečným efektem by bylo výrazné zhoršení přenosových schopností celého kabelového rozvodu.
S homogenitou obvodových vlastností kabelu pak souvisí ještě jeden důležitý moment, který si uživatelé lokálních sítí často vůbec neuvědomují: nutnost zakončit každý konec koaxiálního kabelu správným zakončovacím členem. Pokud bychom totiž ponechali konec koaxiálního kabelu "ve vzduchu", jeho obvodové vlastnosti by se zde měnily skokem, a v důsledku toho by na tomto konci docházelo k výrazným odrazům přenášeného signálu. Již poměrně základní znalosti z elektrotechniky však stačí na odvození toho, že odrazům na konci kabelu lze zamezit, pokud se oba vodiče na jeho volném konci zkratují odporem stejné hodnoty, jakou má impedance kabelu. A právě toto je úkolem tzv. zakončovacích členů (anglicky: terminator), na které se ale velmi často zapomíná, a jejichž neexistence je pak zdrojem mnoha nepříjemným problémů (protože bez nich nepřenesete sítí prakticky nic).
Vraťme se ale zpět k naší původní otázce: jakým způsobem připojovat jednotlivé uzly na síťový rozvod koaxiálním kabelem, když jsme si právě naznačili, že na něm vlastně nesmíme dělat žádné odbočky?
Odpověď je různá podle toho, zde používáme tzv. tlustý, nebo tenký koaxiální kabel.
V případě tlustého kabelu budeme potřebovat zvláštní zařízení, označované jako transceiver (což je termín, vzniklý jako slovní spojení anglického: TRANSmitter and reCEIVER, neboli: vysílač a přijímač). Jde totiž skutečně o obvod, který v sobě sdružuje funkci vysílače a přijímače signálů, přenášených po daném typu koaxiálního kabelu. Lze jej chápat jako jednobitový budič (a přijímač) pro jednobitovou sběrnici, jakou koaxiální kabel ve své podstatě je.
V případě tlustého kabelu se transceiver nejčastěji zapojuje tak, že se vloží mezi dva volné konce kabelu (resp. souvislý kabel se přeruší, a oba vzniklé konce se připojí na transceiver). Existuje však ještě jedna další možnost, která sice není příliš rozšířená, ale zato má velmi pěkné označení: vampire tap, doslova: upíří odbočka. Spočívá v tom, že souvislý tlustý kabel se nepřerušuje, ale pouze se nabodne dvojicí tenkých hrotů (vyčnívajících z transceiveru), které se musí "propíchnout" až na středový vodič resp. jeho vodivý plášť tak, aby se dosáhlo vodivého spojení. Toto sice určitým způsobem porušuje homogenitu obvodových vlastností kabelu, ale příslušné změny mohou být zanedbatelně malé.
Základním úkolem transceiveru je tedy vysílat po koaxiálním kabelu jednotlivé bity, a stejně tak je zase přijímat. Jeho dalším úkolem je pak i detekování kolizí (tedy situací, kdy více uzlů prostřednictvím svých transceiverů vysílá najednou). Data, která má transceiver vysílat, dostává od uzlového počítače, se kterým je spojen kabelem - tzv. transceiverovým kabelem, mnohem častěji ale označovaným jako drop kabel (drop cable). Tento kabel je vícežilový (obvykle je tvořen několika páry kroucených vodičů), a slouží jak pro sériový přenos dat z/do transceiveru, tak i pro signalizaci kolize (od transceiveru směrem k počítači), a v neposlední řadě i pro napájení transceiveru. Transceiver je tedy napájen z počítače, a díky tomu, že sám funguje jako zesilovač, může být zmíněný drop kabel poměrně dlouhý - až do 50 metrů. Co je velmi podstatné: délka tohoto drop kabelu se nepočítá do celkové maximální délky jednoho kabelového segmentu (která v případě použití tlustého koaxiálního kabelu nesmí překročit 500 metrů).
Transceiver je někdy označován také jako zařízení MAU (Media Attachment Unit). Jeho rozhraní pro připojení drop kabelu je standardizováno, a je označováno jako AUI (Attachment Unit Interface). Druhý konec drop kabelu se pak připojuje k té části počítače, která vytváří síťové rozhraní. Nejčastěji jde o samostatnou síťovou kartu (např. u počítačů PC), označovanou též jako NIC (Network Interface Card), ale stejně tak je možné, aby příslušné obvody pro připojení k síti byly zaintegrovány již v systémové desce (tak tomu často bývá u Unixových pracovních stanic). Síťová karta (resp. její zabudovaný ekvivalent) samozřejmě musí být vybavena příslušným rozhraním AUI pro připojení drop kabelu. Na druhé straně ale již nemusí sama obsahovat budiče a přijímače, které již jsou v transceiveru.
V případě použití tzv. tenkého kabelu je strategie připojování poněkud odlišná. Zde se předpokládá, že příslušné výstupní budiče a přijímače (jinak obsažené v transceiveru), jsou již přímo zabudovány v síťové kartě, a koaxiální kabel se musí dovést až k této kartě. V místě připojení karty se tenký kabel přeruší, a udělá se v něm velmi krátká odbočka - pomocí speciální spojky ve tvaru písmene T (lidově nazývané: téčko), na jejíž dva konce se připojí rozpojený kabel, a třetí konec se připojí ke konektoru, který vyčnívá ze síťové karty. Samotná propojka musí mít velmi přesný tvar a provedení, aby způsobovala co možná nejmenší narušení homogenity tenkého koaxiálního kabelu.
Oba konce tenkého kabelu se však nejprve musí osadit konektory bajonetového typu, které se pak nasunou na ramena spojky ve tvaru písmene T, a pootočením zajistí. Obdobný způsob uchycení je pak mezi spojkou a samotnou síťovou kartou. Příslušné konektory jsou označovány jako BNC konektory, což je údajně zkratka od: Bayonet-Neill-Concelman.
Pokud si tedy budete někdy kupovat do svého počítače síťovou kartu pro síť typu Ethernet, dejte si pozor, aby měla správné rozhraní. Pokud je osazena pouze tzv. BNC výstupem (resp. BNC konektorem bez bajonetového uzávěru, neboť ten je na T spojce), pak má v sobě již zabudovány potřebné výstupní budiče (ekvivalent transceiveru), a můžete ji přímo připojit na kabelový rozvod tenkým koaxiálním kabelem. Nikoli ovšem na jiný druh rozvodu (např. tlustým koaxiálním kabelem či kroucenou dvoulinkou). Dnes prodávané síťové karty pro počítače PC jsou ale často vybaveny (vedle BNC výstupu) i rozhraním AUI. Důvod je jednoduchý - pro výrobce je to skoro zadarmo, a užitná hodnota síťové karty je mnohem vyšší. Rozhraní AUI totiž ve své podstatě není nic jiného, než vyvedené spojení mezi zabudovaným ekvivalentem transceiveru a ostatními obvody síťové karty. Pokud toto rozhraní použijeme, a přes drop kabel připojíme samostatný transceiver, vlastně tím pouze odpojíme výstupní obvody, zabudované přímo do síťové karty.
Pokud vlastníte síťovou kartu, která má pouze rozhraní AUI (a nikoli BNC výstup, a tudíž ani zabudovaný transceiver), přesto se stále můžete napojit i na kabelový rozvod tenkým koaxiálním kabelem. Transceivery totiž existují i v provedení pro tenký kabel, a jsou zakončené příslušnými BNC konektory. Pokud takovýto transceiver použijete a pomocí drop kabelu jej připojíte ke své síťové kartě s rozhraním AUI, je výsledný celek funkčně ekvivalentní jedné síťové kartě s BNC výstupem (jen s tím rozdílem, že se skládá ze dvou fyzických celků, které je třeba propojit drop kabelem). Kromě případů, kdy jiná možnost není (tj. má-li vaše síťová karta pouze rozhraní AUI), se toto řešení používá zcela záměrně i v situacích, kdy vznikají problémy s omezenou délkou souvislého kabelového segmentu (která u tenkého kabelu činí 185 metrů). Pokud totiž připojíme na tenký kabel transceiver (tedy tzv. BNC transceiver), můžeme od něj vést drop kabel až do vzdálenosti 50 metrů, a délka tohoto drop kabelu se přitom nepočítá do celkové délky segmentu tenkého kabelu! Kdybychom toto řešení nepoužili, museli bychom místo drop kabelu vést vlastní tenký koaxiální kabel, a to tam a zpět, neboli v délce 2x50 metrů!!
Termín "drop kabel" se však používá ještě v jedné další souvislosti.
V poslední době se stalo velmi oblíbeným používání zvláštních zásuvek (tzv. EAD zásuvek, v odborném žargonu: krabiček), ne nepodobných telefonním či zásuvkám 220 V, které ale slouží potřebám rozvodu počítačových sítí. Tyto zásuvky se používají pro rozvod tenkým koaxiálním kabelem, tj. tímto kabelem jsou mezi sebou propojeny, a jsou opatřeny speciálním konektorem, do kterého se zasouvá příslušný protikus. Pokud zasunut není, je zásuvka průchozí, tj. pouze propojuje mezi sebou oba konce tenkého kabelu, které jsou na ni připojeny.
K zásuvce je nutné si přikoupit zvláštní EAD kabel, tvořený dvojicí souběžně vedených tenkých koaxiálních kabelů, které vytváří smyčku - na jednom konci jsou totiž spojeny T spojkou (Která se zasouvá do síťové karty počítače), zatímco na druhém konci drop kabelu je speciální konektor, který se zasouvá do zásuvky. Zasunutím EAD kabelu dochází uvnitř zásuvky k rozpojení obou konců kabelu, které tvoří síťový rozvod, a k jejich napojení na oba tenké kabely v rámci EAD kabelu. Na první pohled to sice vypadá tak, jako kdyby s v místě zásuvky vytvářela odbočka (ve tvaru písmene T), ale ve skutečnosti jde o smyčku. Do celkové délky kabelového segmentu je pak samozřejmě nutné počítat délku EAD kabelu dvakrát.
Výhodou použití EAD zásuvky a kabelu je především velká flexibilita - kabel je možné připojovat i odpojovat za chodu sítě, aniž by jí to jakkoli vadilo. Další nezanedbatelnou výhodou je i přehlednost a elegance místo změti kabelů. Menší terminologickou nepříjemností je pak to, že EAD kabelu se obvykle říká "drop kabel", tedy stejně, jako kabelu mezi síťovou kartou a transceiverem.