Vyšlo v týdeníku CHIPweek číslo 32/98, 11. srpna 1998
Vytištěno z adresy: http://www.earchiv.cz/a98/a832k180.php3

Ethernet, III.

Původní varianta Ethernetu, standardizovaná posléze jako 10Base5 a 10Base2, byla vyvinuta "na míru" koaxiálním kabelům a jejich vlastnostem. Získala velkou popularitu, se kterou ale přišly i jisté problémy a různé tlaky. Šlo například o to, že v nejrůznějších budovách bylo nutné instalovat zmíněné koaxiální kabely i tehdy, když zde byl k dispozici dostatek jiných, již "položených" kabelů. Šlo o kabely, které byly instalovány pro potřeby telefonních rozvodů, a zejména v USA byly tyto telefonní kabely značně předimenzovávány, tak aby bylo pamatováno na i budoucí potřeby. Zcela zákonitě pak lidi napadlo, zda by nebylo možné provozovat Ethernet i po takovýchto "telefonních" kabelech, čímž by se ušetřily opravdu významné náklady na opakované "rozkopávání zdí", a omezily i s tím spojené problémy a komplikace. Motivace tedy byla na světě, ale nejprve bylo nutné vyvinout nové technické řešení - provozování Ethernetu po novém druhu přenosového média vyžaduje významnou úpravu technického řešení a navazujících standardů.

Twist, twisted cable (kroucená dvoulinka)
kabely, používané v klasické telefonii, jsou tvořeny párem (dvojicí) vodičů, které jsou rovnoměrně zkrouceny (anglicky: twisted). Důvodem jsou fyzikální zákony: jakékoli dva vodiče, vedoucí rovnoběžně vedle sebe, fungují jako anténa a jednak vyzařují do svého okolí, a jednak přijímají signály ze svého okolí (jsou citlivé na vnější rušení). Nepříznivý efekt antény nelze odstranit zcela a úplně, ale lze jej významně omezit, a to právě pravidelným zkroucením obou vodičů, které tak vytváří "zkroucený pár" (twisted pair).
Voice grade, data grade
twist, alias kroucená dvoulinka, samozřejmě existuje v mnoha provedeních, lišících se zejména svými parametry. Pokud je kroucená dvoulinka uzpůsobena pro potřeby přenosu hlasu (tj. určená pro telefonní rozvody), pak se označuje jako "voice grade" (hlavně v USA). Pokud je určena pro přenos dat, bývá označována jako "data grade".
Category 3 and 5 (kategorie 3 a 5)
další možnou klasifikací kroucené dvoulinky určené pro přenos dat je její zařazování do tříd. Toto zařazení je sice dáno frekvencí signálu, který je dvoulinka schopna přenášet, ale od této frekvence lze odvodit i přenosovou rychlost, kterou lze na příslušném typu kroucené dvoulinky dosáhnout. Z pohledu praxe jsou tedy jednotlivé kategorie dány spíše tím, jak rychlé přenosy dvoulinka "snese": v případě kategorie 3 jde o přenosy do 10 Mbps, v případě kategorie 4 o 16 Mbps, a v případě kategorie 5 až 100 Mbps (resp. 155 Mbps). Kvalitní dvoulinka typu "voice grade" je obvykle schopna "snést" i přenosy rychlostí 10 Mbps, tj. současně patří i do kategorie 3. Dnes se ale pro nejrůznější instalace používá spíše dvoulinka kategorie 5, a to i pro potřeby telefonie - cenový rozdíl oproti kategorii 3 je dnes už poměrně nevýznamný, a výhodou je naopak univerzálnost rozvodů.
UTP (Unshielded Twisted Pair), STP (Shielded Twisted Pair)
hlavním limitujícím faktorem, který krouceným dvoulinkám brání v dosahování ještě větších přenosových rychlostí, je jejich vyzařování - tedy efekt antény, který je zkroucením sice zmenšený, ale ne zcela eliminovaný. Při vyšších přenosových rychlostech by vyzařování mohlo nejen ovlivňovat (rušit) jiné přenosové cesty (jiné kroucené páry), ale mohlo by i negativně působit na člověka. Vše je přitom věcí míry a norem, které říkají, jak velké smí být působení na dvoulinky na její okolí. Vyšší vyzařování samozřejmě vykazuje základní provedení dvoulinky, které je tzv. nestíněné (unshielded, odsud: UTP, Unshielded Twisted Pair). Příznivější vlastnosti z hlediska vyzařování obecně má tzv. stíněné provedení (STP, Shielded Twisted Pair), které každou dvojici vzájemně zkroucených vodičů obaluje vodivým stínícím pláštěm - samozřejmě za cenu vyšších výrobních nákladů takovéhoto provedení kroucené dvoulinky. Určitým kompromisem pak je dvoulinka, která používá společné stínění pro několik párů.
1Base5
Snahy provozovat Ethernet nad rozvody z kroucené dvoulinky našly největší podporu u firmy AT&T, která ve zmíněné době dominovala ve sféře telefonních služeb v USA, a měla tedy dosti velký zájem na faktické realizaci. Sama přitom měla k dispozici technické řešení, které umožňovalo budovat lokální počítačové sítě pomocí kroucené dvoulinky - šlo o její proprietární řešení jménem StarLAN. Po určitých úpravách se toto řešení stalo základem pro novou verzi Ethernetu na kroucených dvoulinkách, a bylo standardizováno jako 1Base5. Již z názvu je patrné, že toto řešení sice umožňovalo dosáhnout jedním souvislým kusem kabelu až na vzdálenost 500 metrů, ale pouze s desetinou přenosové rychlosti klasického Ethernetu, tedy jen s 1 megabitem za sekundu.
10BaseT
Další vývoj snah o provozování Ethernetu nad kroucenou dvoulinkou se ubíral cestou zvyšování přenosové rychlosti. Přitom se samozřejmě ukázalo, že není možné zvýšit rychlost a zachovat pětisetmetrový dosah - proto nakonec vzniklo řešení, které dosahuje klasických deseti megabitů za sekundu, ale za cenu zkrácení maximálního dosahu souvislého kabelového segmentu - na pouhých 100 metrů. Možná i proto, aby tento fakt příliš neodradil zájemce o novou verzi Ethernetu, stalo se její označení první výjimkou z dosavadní tradice. Místo označení 10Base1, které by zřejmě připadalo v úvahu, se nakonec prosadilo označení 10BaseT, kde koncové písmenko T označuje provedení: Twist, neboli Twisted pair.
Sběrnicová vs. stromovitá topologie
přechodem Ethernetu z koaxiálního kabelů na kroucenou dvoulinku došlo i k jedné další změně, a to nesmírně významné - ke změně fyzické topologie. U koaxiálního Ethernetu byla jeho topologie sběrnicová - v tom smyslu že jednotlivé uzly byly "navěšeny" na společně sdílený koaxiální kabel prostřednictvím odboček na něm. Kromě toho byla sběrnicová i "logická" topologie Ethernetu, neboli jeho chování: cokoli začal vysílat kterýkoli z připojených uzlů, to současně "slyšely" všechny ostatní uzly. Naproti tomu u kroucené dvoulinky nelze z principiálních důvodů dělat odbočky, kroucená dvoulinka je použitelná jen jako dvoubodový spoj, vedoucí mezi dvěma uzly. Potřebné rozbočení, umožňující propojit mezi sebou více než dva uzly, proto musí být řešeno jinak, a to rozbočením elektronickou cestou - kroucená dvoulinka se použije pro paprskovité připojení jednotlivých uzlů k centrálnímu prvku, který bude potřebné rozbočení zajišťovat interně svými elektronickými obvody (odsud také jeho označení: rozbočovač, anglicky: hub). Vzhledem k tomu se ale mění i fyzická topologie Ethernetu na kroucené dvoulince - místo původní sběrnicové je nyní ve skutečnosti hvězdicová. V praxi přitom jediný rozbočovač často nestačí, a tak se jich používá více, vzájemně propojených do opět do hvězdy, či dokonce do hierarchických úrovní, které jsou po částech hvězdicové a dohromady vytváří stromovitou strukturu (připomínají strom, s jediným centrálním kořenem a postupným větvením).
Hub (rozbočovač)
pro správné pochopení funkce rozbočovače (hub-u) v Ethernetu na kroucené dvoulince je nutné si uvědomit, že fyzická topologie se přechodem na nový druh kabeláže sice změnila, a to dosti zásadním způsobem, ale logická topologie Ethernetu (daná způsobem jeho fungování) se změnit nemohla! Na této logické topologii je totiž závislé například i fungování přístupové metody CSMA/CD, která bytostně počítá s tím, že cokoli jeden uzel "vyřkne", to současně slyší i všechny ostatní uzly (připojené ke stejnému segmentu). Aby byla tato iluze zachována, aby i Ethernet na bázi kroucené dvoulinky mohl zůstat Ethernetem a mohl používat svou přístupovou metodu, musí být logická sběrnicová topologie předstírána, a to chováním rozbočovače! Tento se nejčastěji chová jako tzv. opakovač, který logicky emuluje fyzickou sběrnicovou topologii tím, že signál zachycený z jedné strany (od kteréhokoli z dvoubodově připojených uzlů) okamžitě "zopakuje" (rozešle) i do všech ostatních směrů, tedy ke všem ostatním uzlům, které jsou k němu připojeny. Stejně tak ale může rozbočovač fungovat i jako most, přepínač (switch), či dokonce jako směrovač.