Fysieke media

In het vorige deel van onze beknopte netwerkcursus hebben we het gehad over de netwerktopologie: de precieze weergave van de netwerkverbindingen. Als je een schema tekent van hoe netwerkpunten met elkaar verbonden worden, dan krijg je sterren, ringen, bomen en bussen. Om op deze manier netwerkpunten op elkaar aan te sluiten, maken we gebruik van een fysieke verbinding via een of ander medium. Meestal zal dit fysieke medium een kabel zijn, maar het kan ook draadloos (via radiosignalen, infrarood licht en zo).

Als je een kabel als fysiek medium gebruikt om netwerkpunten met elkaar te verbinden, dan heb je een aantal mogelijkheden. Gebruiken we één enkele afgeschermde ader waarbij deze afscherming als massa-aansluiting dient? Zo ja, dan hebben we net de definitie van een coaxkabel gegeven. Je weet wel, hetzelfde soort kabel als er tussen je TV en de telekabel- of antenne-aansluiting hangt. Je kunt uiteraard verschillende types van coax gebruiken en die zullen we zodadelijk even bekijken. Een tweede soort kabel heeft meerdere aders en die kunnen wel of niet afgeschermd zijn. Meestal zijn dan telkens twee aders (een paar) in elkaar gevlochten.

Coax
Coax is een bijzonder type éénaderige afgeschermde kabel, al zijn we er tegenwoordig allemaal vertrouwd mee. We gebruiken het namelijk om onze TV op de teledistributie- of antenneconnector aan te sluiten. Het bestaat uit een vaste volle ader omhuld door isolatie en dan nogmaals omhuld door een metaalgaas of dunne metalen buis. Dat laatste dient als afscherming voor de ene signaalvoerende ader. Daaromheen zit nog eens een isolatielaag. Het bijzondere van het geheel is dat er een constante impedantie (dat is zoiets als weerstand) is tussen de ader en de afscherming. Bij TV-coaxkabel is dat 75 Ohm, maar het soort dunnere coaxkabels dat we voor netwerken gebruiken heeft een impedantie van 50 Ohm.

Het voordeel van coax is dat het een vrij hoge bandbreedte heeft, je kunt er dus veel data tegelijk doorheen sturen. De bandbreedte van een medium is het verschil tussen de hoogste en de laagste frequentie die je door het medium heen kunt sturen. Dat mag je dus zien als het aantal frequenties dat het medium tegelijk aankan en dus als de maximum transmissiesnelheid die mogelijk is. Een bandbreedte drukken we normaal uit in MHz (megahertz of aantal miljoen trillingen per seconde), maar voor computertoepassingen mag je het getal in MHz ook noteren als het aantal miljoen bits per seconde (Mbit/s). Zo zal de dunne coaxkabel van 50 Ohm die voor Ethernet gebruikt wordt, een bandbreedte van 10 MHz of een maximumsnelheid van 10 Mbit/s ondersteunen.

Terminator
Omdat bij coax die impedantie constant moet blijven, moet elk kabeluiteinde altijd ‘aangesloten’ zijn. Waar er geen netwerkpunt aanwezig is op een aansluitingsknooppunt, sluit men dan een zogenaamde afsluitweerstand of terminator aan. Die dient om de impedantie van de coaxkabel op 50 Ohm te houden. Vergeet je zo’n terminator, dan verandert de impedantie van de coaxkabel en dat kan de bandbreedte grof reduceren. Het gevolg is dan meestal dat netwerktransmissies niet meer mogelijk zijn. Niet vergeten dus.

10Base2 Als je 50 Ohm coax als bekabeling gebruikt voor Ethernet, dan heet die bekabeling daar 10Base2. Die benaming staat voor 10 MHz ‘base speed’ of basissnelheid en de 2 staat voor de dunne 50 Ohm coax. Er is ook nog dikke coax en dan spreekt men van 10Base5, maar die wordt veel minder gebruikt. 10Base2 mag bijna 200 meter lang zijn (187 m om precies te zijn), en 10Base5 mag 500 m lang zijn.

BNC
Voor het aansluiten van een coaxkabel gebruik je thuis een zogenaamde tulpstekker, maar in netwerken gebruiken we een BNC-stekker, soms ook bajonetaansluiting geheten. Dat is een systeem met een soort van fijne en kwetsbare geleidende angel die je in een contactdoos schuift en dan de van schroefdraad voorziene houder vastdraait.

Glasvezel
Een variant op het éénaderige systeem is natuurlijk glasvezel. Hier geleiden we echter geen elektriciteit maar licht. In principe heeft een glasvezel een duizelingwekkend hoge bandbreedte, maar als we één enkele lichtfrequentie gebruiken zoals van een laser of LED (‘light emitting diode’ of lichtgevende diode) dan beperken we dat nogal fors. Dat is wel een stuk goedkoper. De Ethernetstandaard voor glasvezel heet 10BaseF (10 MHz basissnelheid via ‘Fibre’ of glasvezel) of 100BaseF (100 MHz basissnelheid) voor Fast Ethernet. Er is ook een 1000BaseF (1000 MHz of 1 GHz) voor Giga Ethernet. De maximumlengte zonder gebruik van een versterkend tussenstuk (een zogenaamde ‘repeater’) is ongeveer 2 km.

Meeraderig met gevlochten paren
Als je een gevlochten paar in het Engels omschrijft, heet dat een ’twisted pair’ en dat kan dan ‘shielded’ (afgeschermd) of ‘unshielded’ (onafgeschermd) zijn. Een kabel heet afgeschermd als er rondom de signaalvoerende draad of ader een isolatielaag en vervolgens nog een fijn draadnetwerk of geleidend metaalgaas ligt. Een onafgeschermde kabel heeft wel de isolatielaag rondom de draad, maar niet dat fijne metaalgaas daar nog eens omheen. Je kunt zo’n afscherming rondom iedere afzonderlijke draad hebben, of rondom een bundel van draden. Het is de bedoeling dat dat metaalgaas dat de afscherming vormt uiteindelijk aangesloten wordt op een massa-aansluitingspunt. Het metaalgaas vormt een kooi van Faraday (hiervoor moet je terugkijken op je lessen fysica van het middelbaar onderwijs) waar geen elektromagnetische signalen doorheen komen. Vandaar dat we van een afscherming spreken.

STP en UTP
Amerikanen werken graag met afkortingen en een spreken dus van een STP (‘shielded twisted pair’ of afgeschermd gevlochten paar) en UTP (‘unshielded twisted pair’ of onafgeschermd gevlochten paar). Die heb je vast wel eens gezien. Deze STP- en UTP-kabels delen we in categorieën in, naargelang de geschiktheid voor een bepaalde snelheid van datatransmissie. Die transmissiesnelheid is afhankelijk van het aantal aders in de kabel en de dikte van die aders. Voor Ethernet (10 Mbit/s) en Fast Ethernet (100 Mbit/s) netwerken maken we tegenwoordig het meest gebruik van UTP-5 bekabeling. UTP categorie 5 heeft acht aders in onafgeschermde gevlochten paren. Gewone Ethernet kan echter werken met UTP-3, maar daar werkt Fast Ethernet niet mee. Vandaar dat steeds meer bedrijven kiezen voor UTP-5.

10BaseT
Een UTP-bekabeling bij Ethernet heet ook wel 10BaseT (10 MHz basissnelheid en de T staat voor ‘Twisted Pair’). Bij UTP gebruiken we RJ45-connectoren. Dat is het bredere soort modulaire stekkers dat ook voor ISDN gebruikt wordt. Bij gewone telefoons zie je een veel kleiner soort modulaire stekker en dat is een RJ11-connector. STP wordt overigens toegepast bij Token Ring netwerken en daar heb je ook meerdere categorieën.

Draadloos
Bij draadloze transmissie maakt men gebruik van veel uiteenlopende systemen. Zo kun je werken met radiosignalen van uiteenlopende frequenties, infrarood licht of lichtsignalen van andere frequenties, of zelfs maser- of lasersignalen. Er bestaan tegenwoordig wel speciale IEEE-netwerkprotocollen voor draadloos verkeer, maar die zijn onafhankelijk van de precieze transmissietechniek. Omdat er inzake eigenlijke draadloze transmissie geen echte standaard voor netwerken bestaat, halen we het hier alleen even aan en gaan er niet dieper op in.