Opublikowane przez
Oddaję w Wasze Czytelników ręce miejsce i platformę szymonfaber.pl abyście mogli się dzielić swoimi spostrzeżeniami i testami przeprowadzonymi w domowych pieleszach. To bezprecedensowy projekt kontynuujący niezależne spojrzenie na świat audio. Im szerszy ogląd sytuacji uda nam się zaprezentować tym większy pluralizm w testach i recenzjach zapanuje. Zapraszamy doświadczonych użytkowników o “lekkim piórze” do współpracy. Od dzisiaj każdy z Was może podzielić się swoimi doświadczeniami związanymi z audio z szeroką grupą odbiorców. Każdego miesiąca notujemy ponad 40 000 wejść na blog szymonfaber.pl, niezliczone sygnały, listy i telefony świadczą wyraźnie, że obrany kierunek niezależnego od reklamodawców i branży medium jest niezbędnie potrzebny. Teraz i Ty Czytelniku możesz dołożyć swoją cegiełkę do walki z patologią w krajowym świecie audio.
Oddaję głos Panu Bolesławowi:
Bolesław Zaraś – Informatyk z zawodu i wykształcenia, pracuję w branży IT a audio jest moją pasją od wielu wielu lat, praktycznie poczynając od studiów. Moje zamiłowania muzyczne idą głównie w kierunku elektroniki rozumianej jako ambient oraz wszystkich wariacji metalu. Oczywiście nie stronię od innych gatunków, no może z wyjątkiem disco-polo i jemu pochodnych.
Moja przygoda zaczęłą się od prostej integry Sony spiętej z głośnikami czeskiej wytwórni Authentic Voice i gramofonem Project-a, po drodze nastąpiły zmiany i modernizacje systemu poprzez wymianę wzmacniacza na dzielony system Rotela, głośników na B&W serii 700, kolejną zmianę wzmacniacza – tym razem na Krell-a 300i. Kolejny system zbudowałem już od podstaw rozpoczynając od kolumn Mordaunt – Short Performance 6 i przetwornika / odtwarzacza plików Marantz NA11s1 a kończąc na integrze Marantza także z serii 11. Pojawił się w międzyczasie drugi system (kupiony oczywiście przypadkiem, ponieważ domowa księgowa czuwa. W oparciu o kolumny Opera Consonance m12 oraz lampową integrę amplifona WT-30 i dac Denafrips Ares. W obu systemach zadbałem o zasilanie linowe dla akcesoriów oraz serwerów odtwarzających poprzez dedykowane zasilacze liniowe HD-PLEX.
Okablowanie jakiego używam to Ultralink Ultima / black cat cable usb / spfdif w systemie głównym oraz Van den Hul / Mogami spdif w drugim systemie.
System1 – główny :
Kolumny: Mordaunt – Short Performance 6
Przetwornik / odtwarzacz plików: Marantz NA-11s1
Wzmacniacz : Marantz i PM-11-s1
Okablowanie Głośnikowe: Ultralink Ultima mk2 Bi-wire
Okablowanie XLR: Ultralink Ultima mk2
Okablowanie Cyfrowe: Black Cat Cable Silverstar USB / RCA
Zasilanie Liniowe: HD Plex ATX 400 w
Komputer HTPC + Dedykowana karta USB 3 oparta o NEC D720200 zasilona liniowo
Przełącznik sieciowy : Mikrotik RB260 GS – zasilony liniowo i odseparowany od reszty sieci światłowodem
System2 – dodatkowy :
Kolumny: Mordaunt – Opera Consonance m12
Przetwornik: Denafrips Ares
Wzmacniacz : Amplifon WT-30 Mk 3
Okablowanie Głośnikowe: Van Den Hul D 352 + złącza Viborg
Okablowanie RCA: Van Den Hul D 352
Okablowanie Cyfrowe: RCA MOGAMI 2964 / Supra USB
Zasilanie Liniowe: HD Plex ATX 400 w
Terminal WYSE z Volumio zasilony liniowo
CZĘŚĆ 1
W związku z popularyzacją w świecie Audio technologii opartych o sieci komputerowe pragniemy je przybliżyć naszym czytelnikom w taki sposób aby od strony technicznej urządzenia te i technologie przestały stanowić przysłowiowa czarną magię. W pierwszej części zajmiemy się stroną teoretyczną – czyli jak działa sieć komputerowa, jak zorganizowana jest transmisja danych, jakie mamy dostępne rodzaje okablowania i gdzie należy szukać wpływu sieci na system audio? Oczywiście na potrzeby tego artykułu zostały przyjęte pewne uproszczenia aby opisywany materiał był łatwiej przyswajalny
Jak działa transmisja w sieci Ethernet
Nasze rozważania należy rozpocząć od tego czym tak właściwie jest ów Ethernet czyli technika w której zawarte są standardy wykorzystywane w budowie głównie lokalnych sieci komputerowych. Obejmuje ona specyfikację przewodów oraz przesyłanych nimi sygnałów. Ethernet opisuje również format ramek i protokoły warstwy sprzętowej.
Podział procesu komunikacji sieciowej na poszczególne warstwy został wprowadzony ponieważ w przeciwieństwie do typowych połączeń typu punkt – punkt stosowanych w audio jak spdif, aes-ebu, czy i2s zanim dane z urządzenia źródłowego w sieci zostaną przesłane do urządzenia końcowego muszą przejść długą drogę, podczas której najpierw są odpowiednio oznaczane, tagowane, opisywane określonymi informacjami pozwalającymi na ich identyfikację, potem przesyłane są pomiędzy wieloma elementami pośredniczącymi, aż trafią do odbiorcy, który dane to potem musi zinterpretować. Dane te muszą także zostać dostarczone w formie niezmienionej co oznacza w dużym uproszczeniu iż np. dane odczytane z serwera NAS muszą trafić dokładnie w takim samym stanie do komputera odtwarzającego – i nie ma na to wpływu typ tych urządzeń, rodzaj medium jakim są połączone czy też wykorzystywana wersja systemu operacyjnego.
Obydwa obecnie wykorzystywane modele stworzone zostały w latach siedemdziesiątych, czyli już spory kawał czasu temu, ale wciąż są aktualne i stosowane. Pierwszy z nich, model TCP/IP określany jest jako model protokołów. Każda z jego warstw wykonuje konkretne zadania, do realizacji który wykorzystywane są konkretne protokoły. Model ISO/OSI natomiast zwany modelem odniesienia, stosowany jest raczej do analizy, która pozwala lepiej zrozumieć procesy komunikacyjne zachodzące w sieci oraz stanowi wzór do projektowania rozwiązań sieciowych zarówno sprzętowych jak i programowych.
Z uwagi na jego prostotę oraz popularność omówimy tutaj tylko model TCP/IP. Model składa się z następujących warstw :
- Warstwa aplikacji udostępnia użytkownikom możliwość korzystania z usług sieciowych, takich jak WWW, poczta elektroniczna, wymiana plików, połączenia głosowe czy komunikatory jest to warstwa najbliższa użytkownikowi, ponieważ to właśnie ona pozwala nam w pełni korzystać z współczesnych usług sieciowych. Kiedy uruchamiamy np. odtwarzanie poprzez otoczenie sieciowe windows czy korzystamy z lokalnego serwera poprzez dlna to korzystamy z sieci właśnie na poziomie warstwy aplikacji.
- Niżej mamy warstwę transportu, której głównym zadaniem jest sprawna obsługa komunikacji pomiędzy urządzeniami. W warstwie tej dane dzielone są na mniejsze części, następnie opatrywane są dodatkowymi informacjami pozwalającymi zarówno przydzielić je do właściwej aplikacji na urządzeniu docelowym, jak i pozwalającymi złożyć je na urządzeniu docelowym w odpowiedniej kolejności.operują w niej głównie następujące protokoły TCP i UDP.
TCP to złożony, połączeniowy protokół, którego użycie ma gwarantować niezawodne dostarczenie danych oraz kontrolę przepływu. W procesie enkapsulacji, do nagłówka TCP dodawanych jest aż 20 bajtów danych sterujących, ale tego wymaga niezawodność TCP. Aplikacje korzystające z tego protokołu to przeglądarki internetowe, programy pocztowe czy programy do przesyłania plików.
TCP jest protokołem połączeniowym, oznacza to, że zanim urządzenie prześle jakiekolwiek dane do urządzenia docelowego, to musi najpierw zostać ustanowione połączenie pomiędzy nimi. Połączenie to nosi nazwę uzgadniania trój-etapowego – klient, wysyła segment zawierający flagę SYN. W segmencie też zawarty jest losowy numer sekwencyjny klienta służący do późniejszego scalania fragmentów danych.
Odbierając ten segment host docelowy, czyli np. serwer jest informowany, że klient chce nawiązać z nim połączenie. Serwer w odpowiedzi wysyła segment z ustawioną flagą SYN i ACK (flaga ACK informuje klienta o tym, ze serwer odebrał poprzedni segment), numerem sekwencyjnym odebranym od klienta zwiększonym o 1 oraz swoim – losowym numerem sekwencyjnym Na koniec klient odsyła do serwera segment z ustawioną flagą ACK potwierdzającą odbiór poprzedniego komunikatu z numerem sekwencyjnym serwera zwiększonym o 1.
To kończy proces nawiązywania połączenia i pozwala na właściwą transmisję danych. Dopiero kiedy klient nawiąże połączenie TCP z serwerem, może wysłać właściwe dane, np. żądanie o plik. Niezawodność dostarczania danych w sesji z wykorzystaniem protokołu TCP polega na wysyłaniu przez klienta potwierdzeń odbioru wcześniej wysłanych danych. Zanim serwer prześle kolejną porcję danych do klienta, takie potwierdzenie odbioru musi odebrać.
Protokół tcp wykorzystuje na przykład Roon w RAAT, czy udostępnianie plików poprzez otoczenie sieciowe w systemie windows.
Kolejnym protokołem realizującym niektóre funkcje warstwy transportowej jest protokół UDP. W jego przypadku, jest jednak zdecydowanie łatwiej, dlatego, że w tym protokole nie zaimplementowano mechanizmów gwarantujących niezawodność w dostarczeniu danych czy też kontroli przepływu. Protokół UDP jest prostym, bezpołączeniowym protokołem, którego największą zaletą jest niewielki narzut danych sterujących, dodawanych w procesie enkapsulacji. Bezpołączeniowość protokołu UDP polega na tym, iż przed rozpoczęciem procesu komunikacji host źródłowy nie wysyła do hosta docelowego żadnych informacji zestawiających to połączenie. Zasada jest taka, jeśli urządzenie źródłowe chce rozpocząć transmisję, chce wysłać dane po prostu to robi, bez wcześniejszego ustalenia. Aplikacje czy też usługi korzystające z tego protokołu transportowego to DNS, DHCP, telefonia VoIP, czy streaming video. Są to aplikacje, które nad niezawodność komunikacji, a właściwie powinienem powiedzieć nad konieczność odebrania całości danych, tak jak zostały one wysłane cenią sobie szybkość.
W przypadku aplikacji wykorzystujących ten właśnie protokół toleruje się to, że czasem jakiś pakiet może zostać utracony, bądź uszkodzony. W przypadku usługi DNS, jeśli datagram się zgubi to po prostu zostaje jeszcze raz wysłane zapytanie do serwera DNS, jeśli podczas telekonferencji jakiś datagram nie dotrze to też nie będzie tragedii, bo zawsze komunikat można powtórzyć. W przypadku aplikacji korzystających z TCP utrata czy zagubienie akceptowalne już nie jest. Datagramy odbierane są w takiej kolejności w jakiej zostały odebrane, a jeśli jest ich dużo, to za ich odpowiednie poukładanie odpowiada już konkretna aplikacja.
- warstwa internetowa, której głównym zadaniem jest znalezienie najkrótszej i najszybszej drogi do urządzenia docelowego przez sieć i adresowanie danych z wykorzystaniem adresów logicznych (adresów IP). Protokół IP został zaprojektowany w taki sposób, aby nie wymagał dużej ilości danych sterujących dodawanych w procesie enkapsulacji. Zapewnia tylko podstawowe funkcje, niezbędne do przesyłania pakietów od źródła do celu. Jest bezpołączeniowy, co oznacza, że nie ustanawia połączenia przed wysłaniem danych, działa w myśl zasady “najlepiej, jak to możliwe” (ang. best effort), co oznacza, że nie wykorzystuje kontroli przepływu ani żadnych potwierdzeń dostarczania danych ale dokłada wszelkich starań, aby komunikacja przebiegała pomyślnie. Jest to również protokół niezależny od nośnika, to znaczy, że dane pomiędzy hostami mogą przesyłane być bez względu na zastosowane medium transmisyjne.
- warstwę dostępu do sieci, która koduje dane do postaci czystych bitów (zer i jedynek) i przekazuje je do medium transmisyjnego i także je adresuje, tym razem poprzez adresy fizyczne urządzeń (adresy MAC).
Aby dane mogły trafić do danego odbiorcy w niezmienionej postaci opatrywane są odpowiednimi informacjami, nazwijmy je sterującymi. Informacje te dodawane są w trzech najbliższych sprzętowi warstwach (2,3,4) i to te będą nas interesować w systemie audio najbardziej.
W warstwie transportu dodawany są numery portów aplikacji (port aplikacji na hoście źródłowym oraz port aplikacji hoście docelowym), w warstwie internetowej czy też sieciowej adresy IP (również hosta źródłowego i docelowego) , a w warstwie dostępu do sieci lub łącza danych adresy MAC (hosta źródłowego oraz rutera sieci lokalnej). Cały proces przechodzenia danych przez warstwy w dół stosu, ich podział na mniejsze fragmenty oraz dodawanie informacji sterujących (tych dodatkowych danych) nazywany jest enkapsulacją. Istnieje oczywiście również proces odwrotny, pozwalający na usuwanie tych dodatkowych informacji na urządzeniu docelowym i nazywany jest procesem dekapsulacji. Dodawanie tych informacji sterujących, osobno w każdej z warstw powoduje, że zmienia się ich struktura, jest to logiczne skoro dodajemy do danych jakieś informacje, których wcześniej tam nie było.
Czas teraz na bardziej szczegółowe przedstawienie procesu komunikacji z wykorzystaniem warstw. Omówimy go sobie na przykładzie wysyłania pliku poprzez sieć lokalną z serwera typu NAS do odtwarzacza. Na początku, użytkownik sieci, korzystając z odtwarzacza wysyła żądanie przesłania pliku. Warstwa aplikacji w odpowiedni sposób koduje te dane i przekazuje do warstwy transportu.
W tym miejscu następuje podział danych na mniejsze części, czyli segmenty, które to łatwiej jest przesłać przez sieć. W tej warstwie również dodawane są informacje sterujące pozwalające później, na urządzeniu końcowym złożyć segmenty w odpowiedniej kolejności (chociaż nie są one dodawane zawsze, zależy to od zastosowanego protokołu tej warstwy), ale przede wszystkim dodawane są też numery portów aplikacji (port aplikacji na serwerze pocztowym oraz port na kliencie), czyli informacje pozwalająca potem stwierdzić, że jest to na przyklad przesyłanie pliku, a nie np. strona WWW. Segmenty przekazywane są z kolei do warstwy internetowej, gdzie nadawane są adresy IP – zarówno urządzenia, które dane wysyła, jak również tego, który jest ich adresatem. Zabieg ten stosowany jest po to aby rutery ( dotyczy to jednak głównie ruchu w sieci internet, w naszym przypadku czyli w sieci lan komunikacja odbywa się poprzez switch który operuje na znacznie niższej warstwie , co jednak nie zmienia nic w kwestii obsługi pakietów przez urządzenia pośredniczące oraz urządzenia końcowe.) wiedziały gdzie znajdują się urządzenia docelowe transmisji
Następnie pakiety trafiają do warstwy dostępu do sieci, gdzie tworzone są ramki, opatrywane adresem fizycznym urządzenia wysyłającego wiadomość oraz adresem fizycznym serwera NAS, do którego podłączony jest odtwarzacz z którego chcemy odtwarzać plik. Dzięki temu adresowi switch wyśle ramki dokładnie tam gdzie powinny one trafić
Zanim jednak nastąpi sama transmisja, ramki są kodowane do postaci bitów i przekazywane do urządzenia docelowego za pośrednictwem właśnie owego switcha Zanim to jednak nastąpi, pakiety opatrywane są kolejnymi informacjami sterującymi, tym razem są to adresy fizyczne urządzeń, czyli 48-bitowe adresy MAC. Wówczas pakiety stają się ramkami i to właśnie te ramki trafiają dopiero do medium w celu ich dalszego przesłania do hosta docelowego. Sama warstwa jest można powiedzieć pośrednikiem pomiędzy mediami transmisyjnymi, a oprogramowaniem sieciowym. W przypadku urządzeń końcowych, czyli komputerów, serwerów czy telefonów, jest to jedyna warstwa implementowana nie tylko w obszarze programowym, ale również w obszarze sprzętowym. Fizycznym odzwierciedleniem warstwy są karty / porty sieciowe i one stanowią interfejs pomiędzy oprogramowaniem sieciowym a medium transmisyjnym.
Główną i zasadniczą rolą tej warstwy jest zapewnienie warstwom górnym dostępu do medium transmisyjnego. Dane, które wędrują w dół stosu, przechodząc przez poszczególne warstwy, muszą w pewnym momencie zostać dostarczone do nośnika danych, dzięki, któremu dotrą do celu, czyli hosta odbierającego dane. To jest właśnie podstawowa funkcja warstwy łącza danych: umieszcza w nośniku dane pochodzące z warstw wyższych.
Istnieje wiele rozwiązań i wiele standardów sieciowych realizujących funkcje tej warstwy, jest standard Ethernet, są sieci bezprzewodowe, istnieje także wiele protokołów sieciowych działających w sieciach WAN. Dlatego też nie istnieje coś takiego jak uniwersalna ramka. Każdy standard sieciowy dysponuje swoją ramką, która specyficzna jest dla jednego, konkretnego rozwiązania. W jednej sieci możemy mieć zatem kabel typu skrętka, w drugiej światłowód, a w trzeciej fale radiowe. Protokół IP oraz protokoły transportowe, będą działać jednak dokładnie tak samo w każdej z tych sieci.
Jak widzimy sam proces przesyłania danych jest czynnością mocno złożoną i dane są obrabiane na wielu etapach. Tu wypada zrobić małą dygresję w odniesieniu w/w wiedzy na tor audio. Otóż na transfer pakietów o ile odbywa się on lokalnie między odtwarzaczem a serwerem NAS nie mają żadnego, ale to żadnego wpływu zegary karty, zegary switcha i tym podobne wymysły które usiłują nam wcisnąć sprzedawcy. Oczywiście zakładam iż wszystko jest sprawne technicznie, odpowiednio wydajne a okablowanie spełnia warunki standardu transmisji jaki chcemy używać. O standardach okablowania i prędkościach transmisji powiemy jednak sobie coś więcej później.
Należy jednak zaznaczyć iż tym co będzie miało wpływ na system audio będą czynniki związane z transmisją zakłóceń elektromagnetycznych poprzez wspólne elementy przewodzące czyli jednym słowem topologia naszej sieci, typ okablowania, oraz sposób podłączenia zasilania poszczególnych urządzeń.
Warstwa fizyczna i dostępne standardy transmisyjne
Kontynuując nasze rozważania należy omówić także dostępne obecnie standardy transmisji w sieciach lokalnych oraz ich możliwości ich wykorzystania w systemach audio. Oczywiście będą nas interesować standardy obsługujące transmisję 100 mb/s lub szybszą, wolniejsze połączenia celowo pomijamy z uwagi na niską wydajność i fakt że urządzenia tej klasy praktycznie nie są już dostępne. Pominiemy też standardy oparte o kable koncentryczne jako nieprzydatne w systemie audio z uwagi na wspólna masę połączonych urządzeń.
Współczesny interfejs sieciowy jest najczęściej zakończony gniazdem typu RJ45 (lub pochodnym) oraz opcjonalnie SFP / SFP+ / QSFP.
Gniazdo RJ45 zapewnia połączenie elektryczne z okablowaniem typu skrętka, w którym przy pomocy dwóch lub czterech par odbywa się dwukierunkowa transmisja symetryczna. Co to oznacza? Dane wędrują w każdym kierunku,co najmniej jedną parą przewodów (w przypadku sieci o prędkości 100 mb/s). Zaraz za gniazdem RJ45 pojawiają się dwa niewielkie transformatory gdzie dwa uzwojenia posiadają taką samą liczbę zwojów wykonanych z takiego samego drutu – są to to transformatory separujące. Rolą tego elementu jest oddzielenie elektryczne dwóch obwodów prądu stałego. Mimo połączenia elektrycznego między kablem a kartą sieciową,obwód prądu stałego kończy się na transformatorach – niechlubny wyjątek stanowi tu połączenie za pomocą kabla ekranowanego które tworzą wspólne pole masy pomiędzy wszystkimi urządzeniami w sieci. O ile działanie takie ma sens w przemysłowych sieciach LAN gdzie zadbano o staranne uziemienie i prowadzenie masy tak w przypadku zastosowania tego typu okablowania w domu powoduje to przeniesienie zakłóceń z ekranu na np. masę odtwarzacza a dalej poprzez złącza analogowe do kolejnych elementów toru audio.
Z powodu dużej różnorodności złącz optycznych, a także standardów kodowania sygnałów światłowodowych,urządzenia i karty sieciowe są wyposażone w złącze SFP. Jest to rodzaj gniazda przeznaczony do instalowania całego modułu optycznego bądź miedzianego, który będzie determinował rodzaj złącza, kodowania liniowego oraz zasięg naszego połączenia. Moduły te wspierają też funkcje DDM (ang. Digital Diagnostics Monitoring), co umożliwia użytkownikowi monitorowanie parametrów SFP, takich jak moc optyczna na wyjściu, moc optyczna na wejściu czy temperatura pracy. Moduły SFP+, które są ulepszoną wersją transceiverów SFP i umożliwiają osiąganie prędkości przesyłu danych na poziomie do 16 Gbit/s. Moduły SFP+ najczęściej można spotkać np. w switchach standardu 10 Gigabit Ethernet a gniazdo umożliwia kompatybilność wsteczną i instalowanie modułów SFP
Najwolniejszy z używanych obecnie standardów czyli 100Base-T przewiduje możliwość współpracy z następującymi rodzajami medium transmisyjnego:
- 100Base-TX używający dwóch par skrętek kategorii 5 (najbardziej popularny)
- 100Base-T4 wykorzystujący cztery pary skrętek kategorii 3, 4 lub 5 (nieużywany)
- 100BASE-T2 w założeniach miał wykorzystywać dwie pary skrętek kategorii 3 (nieużywany)
- 100Base-FX standard sieci Fast Ethernet korzystający z jednej pary włókien światłowodu wielomodowego zapewniającego transmisję danych z szybkością 100 Mb/s.Produkowane urządzenia najczęściej wyposażone są w złącza światłowodowe SC-Duplex, LC czasem ST. Najczęściej wykorzystywane są światłowody 62,5/125 mikrometra i 50/125 mikrometra. Typowa długość fali to 1300 nm.
Fast Ethernet zapewnia transmisję do 100 Mbit/s, natomiast Gigabit Ethernet zwiększa możliwości do 1000 Mbit/s. Początkowo Gigabit Ethernet był używany w wysokowydajnych łączach sieciowych (np. pomiędzy budynkami). Dzięki standardowi IEEE 802.3ab, ratyfikowanemu w 1999, który opisuje Gigabit Ethernet przesyłany przez kable UTP kategorii 5 lub 6 i stał się znany pod nazwą 1000BASE-T, Gigabit Ethernet stał się dostępny dla zwykłych ludzi, gdyż można go używać korzystając z dotychczasowej infrastruktury sieciowej. Sygnał sieci Gigabit Ethernet może być przesyłany przez wiele różnych typów medium transmisyjnych jak np. światłowód (1000BASE-X), skrętka (1000BASE-T) lub kabel koncentryczny (1000BASE-CX) który pominiemy z uwagi na brak uzasadnienia do wykorzystania go w systemach audio.
1000BASE-T (znany również jako IEEE 802.3ab) jest standardem sieci Ethernet o przepustowości 1 Gb/s. Oparta na nim sieć wykorzystuje jako medium skrętkę miedzianą UTP o kategorii co najmniej Cat5 zakończonej złączem RJ-45, a jej maksymalny zasięg wynosi 100 m. 1000Base-T wykorzystuje wszystkie 4 pary skrętki, jednocześnie nadając i odbierając sygnał na każdej parze, dzięki czemu możliwy jest full-duplex w obrębie jednej pary, tzw. Dual-duplex.
Z praktycznego punktu widzenia w wypadku systemów audio interesują nas poniższe standardy światłowodowe jako iż dostępność modułów sfp, urządzeń oraz kart sieciowych na rynku pierwotnym i wtórnym jest dla nich duża:
- 1000BASE-LX jest optycznym standardem, który używa długofalowego lasera o fali od 1270 do 1355 nm i maksymalnej szerokości widma 4 nm. 1000BASE-LX może pracować na odległościach do 5 km przez światłowód 9 µm. 1000BASE-LX może również działać na światłowodzie wielomodowym na odległość do 550 metrów.
- 1000BASE-SX jest standardem sieci optycznych pracujących na wielomodowych światłowodach. Długość fali wynosi 850 nm. Maksymalna długość kabla przy zastosowaniu światłowodu wielomodowego 50 µm wynosi 550 m, a przy użyciu światłowodu wielomodowego 62.5 µm maksymalna długość to 200 m.
- 1000BASE-LH jest niestandardowym, ale zaakceptowanym przez przemysł terminem oznaczającym gigabitowy Ethernet, który do transmisji używa fali o długości 1300 nm lub 1310 nm. Jest bardzo podobny do 1000BASE-LX, ale osiąga większe odległości nawet do 10 km przez światłowód jednomodowy. 1000BASE-LH jest zgodny wstecz z 1000BASE-LX
Kolejną wersję rozwojową stanowi 10 Gigabit Ethernet, który jest technologią wykorzystywaną w sieciach komputerowych określającą różne standardy transmisji z prędkością 10 gigabitów na sekundę (10 Gb/s). Po raz pierwszy został zdefiniowany w 2002 przez IEEE jako norma 802.3ae. W przeciwieństwie do poprzednich standardów Ethernet, 10 Gigabit Ethernet obsługuje połączenia wyłącznie w trybie pełnego dupleksu. Podobnie jak poprzednie standardy Ethernet, w wersji miedzianej do transmisji danych wykorzystuje on popularne skrętki czteroparowe. Maksymalna długość łącza to:
- 100 m przy zastosowaniu kabla kategorii 6A lub wyższej oraz kategorii 6 ekranowanego,
- 55 m dla kabla kategorii 6 nieekranowanego (UTP)
10GBASE-T został użyty jako baza do nowszego, ale wolniejszego standardu 802.3bz oferującego połączenia z szybkością 2,5 Gb/s (2.5GBASE-T) oraz 5 Gb/s (5GBASE-T). Standard w zależności od indywidualnych przypadków konfiguracji infrastruktury sieciowej przewiduje następujące możliwości:
- prędkość 2,5 Gb/s, długość łącza do 100 m przy kablach kategorii 5e,
- prędkość 5 Gb/s, długość łącza do 100 m przy kablach kategorii 6 oraz 5e (tylko w wybranych przypadkach – dobre parametry okablowania)
Optyczne media transmisyjne które można rozpatrywać do wykorzystania w systemie audio:
- 10GBASE-SR (Short Range) wykorzystuje światłowód wielomodowy w którym źródłem światła jest laser o długości fali 850 nm. W zależności od rodzaju włókna maksymalna długość światłowodu wynosi od 26 do 400 metrów.
- 10GBASE-LR (Long Reach) do przesyłania danych wykorzystuje światłowód jednomodowy oraz używa lasera o długości fali 1310 nm. Maksymalna długość światłowodu to 10 km
Stosując optyczne standardy transmisji należy pamiętać by użyć odpowiedniego okablowania w stosunku do wkładki, ponieważ w innym wypadku połączenie takie nie będzie działać.
Dostępne typy okablowania miedzianego i dlaczego nie należy używać okablowania ekranowanego
Pomimo wielkiego rozkwitu technologii bezprzewodowych w systemach audio, instalacje przewodowe wciąż posiadają pewne niezaprzeczalne zalety jak odporność na zakłócenia czy dostępne prędkości transmisji. Ponadto niektóre modele odtwarzaczy nie posiadają opcji połączenia bezprzewodowego.
Korzystając z sieci LAN w audio nawet amator musiał już słyszeć określenia dotyczące kabli, jak UTP czy FTP czy też ich kategorie jak np Cat 7 którym chwalą się niektórzy producenci. Problem polega na tym, że niejednokrotnie oznaczenia te są stosowane zamiennie w odniesieniu do różnych kabli co da się zauważyć nawet w opisach produktów stosowanych przez producentów.
Powtórzmy pokrótce znaczenie i różnice pomiędzy poszczególnymi kablami, zgodnie z normą ISO/IEC 11801:200.
- U/UTP – Kabel ze skrętką nieekranowaną (TP). Powszechnie stosowany kabel – zwykle oznaczony UTP.
- F/UTP (FTP) – Kable ze skrętką foliowaną (F) i nieekranowaną (UTP). Kabel bardzo podobny do powszechnie stosowanego UTP, ale dodatkowo z folią pod płaszczem kabla. Inna powszechna nazwa tego kabla to FTP.
- S/UTP Kabel ze skrętką nieekranowaną (UTP) dodatkowo w ekranie z siatki (S). Czasem określany kablem STP, ale uwaga: istnieją jednak także inne kable ekranowane, które można by określić tym mianem. Aby mieć pewność, zawsze należy dokładnie sprawdzić budowę danego kabla.
- SF/UTP Kabel ze skrętką ekranowaną (UTP), folią (F) i siatką (S). Czasem oznaczany jako kabel STP. Kable z oplotem ekranującym są bardzo skuteczne w ochronie przed zakłóceniami elektromagnetycznymi przenikającymi przez konstrukcję kabla.
- S/FTP Kable ze skrętką z każdą parą foliowaną (FTP) dodatkowo w ekranie z siatki (S). Ekran pod płaszczem jest wykonany oplotem, a każda indywidualna para jest otoczona osobną barierą z folii. Celem dodatkowego płaszcza z folii jest ograniczenie tzw. przesłuchów, czyli wzajemnych zakłóceń.
- F/FTP Kabel ze skrętką z każdą parą w osobnym ekranie z folii (F) dodatkowo w ekranie z folii (FTP) Podobny do kabla F/UTP.
- U/FTP Kabel ze skrętką z każdą parą w osobnym ekranie z folii (FTP). Kabel ekranowany powszechny w zastosowaniach klasy 10GBaseT.
Razem z ekranem niemal zawsze stosowany jest cienka żyła, tzw. żyła ciągłości, która upraszcza montaż złączy RJ45 (ekranowanych).
Dodatkowo kable dzielimy na kategorie w zależności od oferowanego pasma transmisyjnego:
- Kategoria 1 – stosowana w usługach telefonicznych z pasmem częstotliwości do 100 kHz.
- Kategoria 2 – stosowana jako okablowanie do usług terminalowych i do aplikacji głosowych (pasmo do 1 MHz).
- Kategoria 3 – stosowana do protokołów ze średnią szybkością bitową; pasmo do 16 MHz.
- Kategoria 4 – przenoszenie danych; pasmo do 20 MHz.
- Kategoria 5e – budowa sieci lokalnych, pasmo do 100 MHz.
- Kategoria 6 – szybsze protokoły, pasmo do 250 MHz; natomiast 6a do 500 MHz.
- Kategoria 7 – pasmo do 600 MHz; natomiast 7a to pasmo do 1 GHz.
Kable Cat5e są powszechnie wykorzystywane w domach i należy zauważyć, że najczęściej natrafiamy na kategorię 5 z dodatkową literą „e”, która stanowi nawiązanie do słowa „enhanced” (“ulepszony”). Ulepszona kategoria 5e wyparła starszą kategorię 5. Ważna jest też Cat6/6a, ponieważ te kable stosuje się do zastosowań o zapotrzebowaniu na jeszcze większą szybkość i aktualnie również są chętnie kupowane do zastosowań domowych.
Kable kategorii 7 mają silne ekranowanie oraz potrzebują wtyków GG45 lub TERA, a nie RJ45, o czym trzeba pamiętać. Warto na to zwrócić uwagę gdy jakiś producent będzie próbował nam sprzedać okablowanie tej kategorii z wtykami RJ45 – produkt taki nie będzie działać dobrze i najzwyczajniej nie ma sensu.
Oczywiście Cat7 jest następcą Cat6, ale współcześnie do zastosowań domowych Cat6 oraz Cat6a w zupełności wystarczą. Kategoria 7 wymagająca specjalnych gniazd i posiadająca ekran z zasady nie jest jeszcze w sferze potrzeb użytkownika, który chce kupić okablowanie do systemu audio.
Pomimo tego iż okablowanie ekranowane ma jednak niezaprzeczalne zalety: zmniejsza emisję elektromagnetyczną na zewnątrz sieci i zwiększa odporność na zakłócenia, jest to możliwe jedynie przy spełnieniu rygorystycznego warunku, jakim jest poprawne zakańczanie kabli i uziemienie ekranu kabla ( skrętki) oraz gniazd, paneli krosowych i całych punktów dystrybucyjnych.
Wszystkie elementy stosowane w okablowaniu strukturalnym ekranowanym (panele krosowe ekranowane i gniazda RJ45 ekranowane) posiadają specjalne złącza do podłączenia ekranu z przewodów FTP (Kabel FTP lub STP posiada dodatkową żyłę, która posiada połączenie galwaniczne z ekranem. Żyłę tę terminuje się w panelu do odpowiedniego złącza lub do obejmy połączonej z obudową panela, natomiast w gnieździe do specjalnej obejmy).
W tych złączach należy “zaterminować” ekrany przewodów FTP (STP, S/FTP itp.). Dodatkowo panele krosowe posiadają złącze do uziemienia wszystkich ekranów “zaterminowanych” kabli – ekrany przewodów ekranowanych należy podłączyć do połączeń wyrównawczych budynku. Wymagania precyzują normy PN/EN-50174 oraz PN/EN 50310.
Stosowanie przewodów ekranowanych wymaga od użytkownika okablowania znajomości zasad prawidłowego ekranowania oraz elektrycznych połączeń wyrównawczych budynku. Podstawową zasadą ekranowania jest prawidłowe uziemienie ekranu na obu końcach przewodu, w przeciwnym wypadku ekran działa jako antena odbierająca i nadająca zakłócenia, pogarszając parametry sygnału. W przypadku nieprawidłowego wykonania sieci elektrycznej oraz teleinformatycznej może dojść do przypadku, w którym ekran przewodu ethernetowego będzie służył jako przewód ochronny (PE) lub powstaną tzw. pętle uziemienia. Oprócz niebezpieczeństwa porażenia prądem elektrycznym, przepływ prądu przez ekran powoduje znaczące pogorszenie parametrów transmisji.
Jak więc widać proponowanie do systemów audio okablowania ekranowanego jest zupełnie niecelowe oraz prowadzi do skutków odwrotnych niż zamierzone. W systemach audio należy stosować okablowanie nieekranowane a w miejscach gdzie chcemy osiągnąć pełną separację galwaniczną lub konieczne jest zastosowanie więcej niż 5Gb/s na odległość ponad 55m należy rozważyć wykorzystanie okablowania światłowodowego, które jest całkowicie odporne na zakłócenia elektromagnetyczne i jednocześnie nie generuje takich problemów jak okablowanie ekranowane
Podsumowanie
Co możemy zatem zrobić aby zoptymalizować działanie sieci LAN w systemie audio?
Na pewno należy tam gdzie to możliwe zastosować połączenia oparte o okablowanie światłowodowe które zapewnia całkowitą eliminację wpływu zakłóceń elektromagnetycznych na system. Należy zauważyć iż producenci dostrzegli ten problem i niektóre urządzenia audio zaczynają posiadać porty sfp umożliwiające bezpośrednią instalację modułów optycznych. W miejscach gdzie jest to niemożliwe należy zastosować nieekranowaną skrętkę kategorii 6 lub 6a która zapewni wystarczającą pojemność transmisyjną aż do 10 Gb / s na krótkich odcinkach.
Ważne jest aby odseparować galwanicznie z wykorzystaniem światłowodu system audio od reszty sieci. Do tego celu najlepiej wykorzystać dodatkowy switch z gniazdem sfp bądź pojedyncze konwertery światłowodowe.
Należy zadbać także o dobrej jakości zasilanie dla urządzeń sieciowych w obrębie systemu audio poprzez przejście na zasilacze liniowe. Niestety wtyczkowe zasilacze impulsowe dostarczane z urządzeniami sieciowymi niekoniecznie nadają się do wykorzystania w systemach audio a po ich podłączeniu przewód zasilający działa jako antena odbierająca i nadająca zakłócenia, potrafią one być także źle skonstruowane i generować zakłócenia zwrotnie do sieci AC tworząc z niej jedną wielką antenę nadawczą do zakłóceń o wysokich częstotliwościach. Niektóre zasilacze impulsowe posiadają też układy które potrafią wydawać zakłócenia (piski) w paśmie słyszalnym.
W drugiej części artykułu przedstawimy przykładową topologie sieci LAN wraz z uwzględnieniem zasilania oraz zapowiadany uprzednio test porównawczy przełączników.