Ы можете поддержать наш проект и автора курса?

      Комментарии к записи Ы можете поддержать наш проект и автора курса? отключены

set_video_reclama();

Еще один специфический параметр, определяемый стандартом, это величина так называемой перекрестной наводки на ближнем конце (NEXT – Near End CrossTalk). Он характеризует влияние разных проводов в кабеле друг на друга. Суть данного параметра иллюстрируется на рис. 2.2. Сигнал, передаваемый по одной из витых пар кабеля (верхняя пара), наводит индуктивную помеху на другую (нижнюю) витую пару кабеля. Две витые пары в сети обычно передают информацию в разные стороны, поэтому наиболее важна наводка на ближнем конце воспринимающей пары (нижней на рисунке), так как именно там находится приемник информации. Перекрестная наводка на дальнем конце (FEXT – Far End CrossTalk) не имеет такого большого значения.

Таблица 2.2. Допустимые уровни перекрестных наводок NEXT
Частота, МГц Перекрестная наводка на ближнем конце, дБ
Категория 3 Категория 4 Категория 5
0,150 — 54 -68 -74
0,772 -43 -58 -64
1,0 -41 -56 -62
4,0 -32 -47 -53
8,0 -28 -42 -48
10,0 -26 -41 -47
16,0 -23 -38 -44
20,0 — -36 -42
25,0 — — -41
31,25 — — -40
62,5 — — -35
100,0 — — -32

В таблице 2.2 представлены значения допустимой перекрестной наводки на ближнем конце для кабелей категорий 3, 4 и 5 на различных частотах сигнала. Естественно, более качественные кабели обеспечивают меньшую величину перекрестной наводки.

Рис. 2.2. Перекрестные помехи в кабелях на витых парах

Стандарт определяет также максимально допустимую величину рабочей емкости каждой из витых пар кабелей категории 4 и 5. Она должна составлять не более 17 нФ на 305 метров (1000 футов) при частоте сигнала 1 кГц и температуре окружающей среды 20°С.

Для присоединения витых пар используются разъемы (коннекторы) типа RJ-45, похожие на разъемы, используемые в телефонах (RJ-11), но несколько большие по размеру. Разъемы RJ-45 имеют восемь контактов вместо четырех в случае RJ-11. Присоединяются разъемы к кабелю с помощью специальных обжимных инструментов. При этом золоченые игольчатые контакты разъема прокалывают изоляцию каждого провода, входят между его жилами и обеспечивают надежное и качественное соединение. Надо учитывать, что при установке разъемов стандартом допускается расплетение витой пары кабеля на длину не более одного сантиметра.

Чаще всего витые пары используются для передачи данных в одном направлении (точка-точка), то есть в топологиях типа звезда или кольцо. Топология шина обычно ориентируется на коаксиальный кабель. Поэтому внешние терминаторы, согласующие неподключенные концы кабеля, для витых пар практически никогда не применяются.

Кабели выпускаются с двумя типами внешних оболочек:

  • Кабельв поливинилхлоридной (ПВХ, PVC) оболочке дешевле и предназначен для работыв сравнительно комфортных условиях эксплуатации.
  • Кабельв тефлоновой оболочке дороже и предназначен для более жестких условийэксплуатации.

Кабель в ПВХ оболочке называется еще non-plenum, а в тефлоновой – plenum. Термин plenum обозначает в данном случае пространство под фальшполом и над подвесным потолком, где удобно размещать кабели сети. Для прокладки в этих скрытых от глаз пространствах как раз удобнее кабель в тефлоновой оболочке, который, в частности, горит гораздо хуже, чем ПВХ – кабель, и не выделяет при этом ядовитых газов в большом количестве.

Еще один важный параметр любого кабеля, который жестко не определяется стандартом, но может существенно повлиять на работоспособность сети, – это скорость распространения сигнала в кабеле или, другими словами, задержка распространения сигнала в кабеле в расчете на единицу длины.

Производители кабелей иногда указывают величину задержки на метр длины, а иногда – скорость распространения сигнала относительно скорости света (или NVP – Nominal Velocity of Propagation, как ее часто называют в документации). Связаны эти две величины простой формулой:

tз =1/(3 ? 108 ? NVP)

где tз – величина задержки на метр длины кабеля в наносекундах. Например, если NVP=0,65 (65% от скорости света), то задержка tз будет равна 5,13 нс/м. Типичная величина задержки большинства современных кабелей составляет около 4—5 нс/м.

В таблице 2.3 приведены величины NVP и задержек на метр длины (в наносекундах) для некоторых типов кабеля двух самых известных компаний-производителей ATT и Belden.

Таблица 2.3. Временные характеристики некоторых кабелей
Фирма Марка Категория Оболочка NVP Задержка
ATT non-plenum 0,67 4,98
ATT non-plenum 0,70 4,76
ATT non-plenum 0,70 4,76
ATT plenum 0,70 4,76
ATT plenum 0,75 4,44
ATT plenum 0,75 4,44
Belden 1229A non-plenum 0,69 4,83
Belden 1455A non-plenum 0,72 4,63
Belden 1583A non-plenum 0,72 4,63
Belden 1245A2 plenum 0,69 4,83
Belden 1457A plenum 0,75 4,44
Belden 1585A plenum 0,75 4,44

Стоит также отметить, что каждый из проводов, входящих в кабель на основе витых пар, как правило, имеет свой цвет изоляции, что существенно упрощает монтаж разъемов, особенно в том случае, когда концы кабеля находятся в разных комнатах, и контроль с помощью приборов затруднен.

Примером кабеля с экранированными витыми парами может служить кабель STP IBM типа 1, который включает в себя две экранированные витые пары AWG типа 22. Волновое сопротивление каждой пары составляет 150 Ом. Для этого кабеля применяются специальные разъемы, отличающиеся от разъемов для неэкранированной витой пары (например, DB9). Имеются и экранированные версии разъема RJ-45.

Коаксиальные кабели

Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального медного провода и металлической оплетки (экрана), разделенных между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и помещенных в общую внешнюю оболочку (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель до недавнего времени был очень популярен, что связано с его высокой помехозащищенностью (благодаря металлической оплетке), более широкими, чем в случае витой пары, полосами пропускания (свыше 1ГГц), а также большими допустимыми расстояниями передачи (до километра ). К нему труднее механически подключиться для несанкционированного прослушивания сети, он дает также заметно меньше электромагнитных излучений вовне. Однако монтаж и ремонт коаксиального кабеля существенно сложнее, чем витой пары, а стоимость его выше (он дороже примерно в 1,5 – 3 раза). Сложнее и установка разъемов на концах кабеля. Сейчас его применяют реже, чем витую пару. Стандарт EIA/TIA-568 включает в себя только один тип коаксиального кабеля, применяемый в сети Ethernet.

Основное применение коаксиальный кабель находит в сетях с топологией типа шина. При этом на концах кабеля обязательно должны устанавливаться терминаторы для предотвращения внутренних отражений сигнала, причем один (и только один!) из терминаторов должен быть заземлен. Без заземления металлическая оплетка не защищает сеть от внешних электромагнитных помех и не снижает излучение передаваемой по сети информации во внешнюю среду. Но при заземлении оплетки в двух или более точках из строя может выйти не только сетевое оборудование, но и компьютеры, подключенные к сети. Терминаторы должны быть обязательно согласованы с кабелем, необходимо, чтобы их сопротивление равнялось волновому сопротивлению кабеля. Например, если используется 50-омный кабель, для него подходят только 50-омные терминаторы.

Реже коаксиальные кабели применяются в сетях с топологией звезда (например, пассивная звезда в сети Arcnet). В этом случае проблема согласования существенно упрощается, так как внешних терминаторов на свободных концах не требуется.

Волновое сопротивление кабеля указывается в сопроводительной документации. Чаще всего в локальных сетях применяются 50-омные (RG-58, RG-11, RG-8) и 93-омные кабели (RG-62). Распространенные в телевизионной технике 75-омные кабели в локальных сетях не используются. Марок коаксиального кабеля немного. Он не считается особо перспективным. Не случайно в сети Fast Ethernet не предусмотрено применение коаксиальных кабелей. Однако во многих случаях классическая шинная топология (а не пассивная звезда) очень удобна. Как уже отмечалось, она не требует применения дополнительных устройств – концентраторов.

Существует два основных типа коаксиального кабеля:

  • тонкий(thin) кабель, имеющий диаметр около 0,5 см, более гибкий;
  • толстый(thick) кабель, диаметром около 1 см, значительно более жесткий. Онпредставляет собой классический вариант коаксиальногокабеля, который уже почти полностью вытеснен современным тонкимкабелем.

Тонкий кабель используется для передачи на меньшие расстояния, чем толстый, поскольку сигнал в нем затухает сильнее. Зато с тонким кабелем гораздо удобнее работать: его можно оперативно проложить к каждому компьютеру, а толстый требует жесткой фиксации на стене помещения. Подключение к тонкому кабелю (с помощью разъемов BNC байонетного типа) проще и не требует дополнительного оборудования. А для подключения к толстому кабелю надо использовать специальные довольно дорогие устройства, прокалывающие его оболочки и устанавливающие контакт как с центральной жилой, так и с экраном. Толстый кабель примерно вдвое дороже, чем тонкий, поэтому тонкий кабель применяется гораздо чаще.

Как и в случае витых пар, важным параметром коаксиального кабеля является тип его внешней оболочки. Точно так же в данном случае применяются как non-plenum (PVC), так и plenum кабели. Естественно, тефлоновый кабель дороже поливинилхлоридного. Обычно тип оболочки можно отличить по окраске (например, для PVC кабеля фирма Belden использует желтый цвет, а для тефлонового – оранжевый).

Типичные величины задержки распространения сигнала в коаксиальном кабеле составляют для тонкого кабеля около 5 нс/м, а для толстого – около 4,5 нс/м.

Существуют варианты коаксиального кабеля с двойным экраном (один экран расположен внутри другого и отделен от него дополнительным слоем изоляции). Такие кабели имеют лучшую помехозащищенность и защиту от прослушивания, но они немного дороже обычных.

В настоящее время считается, что коаксиальный кабель устарел, в большинстве случаев его вполне может заменить витая пара или оптоволоконный кабель. И новые стандарты на кабельные системы уже не включают его в перечень типов кабелей.

Оптоволоконные кабели Оптоволоконный (он жеволоконно-оптический) кабель – этопринципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типамиэлектрического или медного кабеля. Информация по нему передается неэлектрическим сигналом, а световым. Главный его элемент – это прозрачноестекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятковкилометров) с незначительным ослаблением. Рис. 2.4. Структура оптоволоконного кабеля Структура оптоволоконногокабеля очень проста и похожа на структуру коаксиальногоэлектрического кабеля (рис. 2.4). Только вместо центрального медногопровода здесь используется тонкое (диаметром около 1 – 10 мкм) стекловолокно,а вместо внутренней изоляции – стеклянная или пластиковая оболочка, непозволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае речьидет о режиме так называемого полного внутреннего отражения света от границыдвух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочкикоэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна).Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование отвнешних электромагнитных помех здесь не требуется. Однако иногда ее все-такиприменяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногданазывают броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей). Оптоволоконныйкабель обладает исключительнымихарактеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации.Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказитьсветовой сигнал, а сам сигнал не порождает внешних электромагнитныхизлучений. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированногопрослушивания сети практически невозможно, так как при этом нарушаетсяцелостность кабеля. Теоретически возможная полосапропускания такого кабеля достигает величины 1012 Гц, тоесть 1000 ГГц, что несравнимо выше, чем у электрических кабелей. Стоимость оптоволоконного кабеля постоянно снижается и сейчаспримерно равна стоимости тонкого коаксиального кабеля. Типичная величина затухания сигнала в оптоволоконныхкабелях на частотах, используемых в локальных сетях, составляет от 0,5до 3 дБ/км, что примерно соответствует показателям электрических кабелей нанизких частотах. Но в случае оптоволоконного кабеляпри росте частоты передаваемого сигнала затуханиеувеличивается очень незначительно, и на больших частотах (особенно свыше 200МГц) его преимущества перед электрическим кабелем неоспоримы, у него простонет конкурентов. Однако оптоволоконныйкабель имеет и некоторые недостатки. Самый главный из них – высокаясложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, отточности скола стекловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). Для установки разъемов применяютсварку или склеивание с помощью специального геля, имеющего такой жекоэффициент преломления света, что и стекловолокно. В любом случае для этогонужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Поэтому чащевсего оптоволоконный кабель продается в видезаранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых ужеустановлены разъемы нужного типа. Следует помнить, что некачественнаяустановка разъема резко снижает допустимую длину кабеля, определяемую затуханием. Также надо помнить, чтоиспользование оптоволоконного кабеля требуетспециальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих световыесигналы в электрические и обратно, что порой существенно увеличиваетстоимость сети в целом. Оптоволоконныекабели допускают разветвление сигналов (дляэтого производятся специальные пассивные разветвители (couplers) на2—8 каналов), но, как правило, их используют для передачи данных только водном направлении между одним передатчиком и одним приемником. Ведь любоеразветвление неизбежно сильно ослабляет световой сигнал, и если разветвленийбудет много, то свет может просто не дойти до конца сети. Кроме того, вразветвителе есть и внутренние потери, так что суммарная мощность сигнала навыходе меньше входной мощности. Оптоволоконныйкабель менее прочен и гибок, чем электрический.Типичная величина допустимого радиуса изгиба составляет около 10 – 20 см, при меньших радиусахизгиба центральное волокно может сломаться. Плохо переносит кабель имеханическое растяжение, а также раздавливающие воздействия. Чувствителен оптоволоконный кабель и к ионизирующим излучениям,из-за которых снижается прозрачность стекловолокна, то есть увеличивается затухание сигнала. Резкие перепады температуры такженегативно сказываются на нем, стекловолокно может треснуть. Применяют оптоволоконныйкабель только в сетях с топологией звезда и кольцо. Никаких проблемсогласования и заземления в данном случае не существует. Кабель обеспечиваетидеальную гальваническую развязку компьютеров сети. В будущем этот типкабеля, вероятно, вытеснит электрические кабели или, во всяком случае, сильнопотеснит их. Запасы меди на планете истощаются, а сырья для производствастекла более чем достаточно. Существуют два различных типа оптоволоконного кабеля:

  • многомодовыйили мультимодовый кабель, более дешевый, но менее качественный;
  • одномодовыйкабель, более дорогой, но имеет лучшие характеристики по сравнению спервым.

Суть различия между этими двумятипами сводится к разным режимам прохождения световых лучей в кабеле. Рис. 2.5. Распространение света в одномодовом кабеле В одномодовом кабелепрактически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего онидостигают приемника одновременно, и форма сигнала почти не искажается (рис.2.5). Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм ипередает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потерисигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы назначительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля.Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующиесвет исключительно с требуемой длиной волны. Такие приемопередатчики пока ещесравнительно дороги и не долговечны. Однако в перспективе одномодовый кабельдолжен стать основным типом благодаря своим прекрасным характеристикам. Ктому же лазеры имеют большее быстродействие, чем обычные светодиоды. Затухание сигнала в одномодовом кабеле составляет около0,5 дБ/км и может бытьдаже снижено до 0,1 дБ/км. Рис. 2.6. Распространение света в многомодовом кабеле В многомодовом кабелетраектории световых лучей имеют заметный разброс, в результате чего формасигнала на приемном конце кабеля искажается (рис. 2.6). Центральное волокноимеет диаметр 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки 125 мкм (это иногдаобозначается как 62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный)светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиковпо сравнению с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабелеравна 0,85 мкм, при этом наблюдается разброс длин волн около 30 – 50 нм.Допустимая длина кабеля составляет 2 – 5 км. Многомодовый кабель – это основной тип оптоволоконного кабеля в настоящее время, так как ондешевле и доступнее. Затухание в многомодовомкабеле больше, чем в одномодовом и составляет 0,5 – 2 дБ/км. Типичная величина задержки для наиболее распространенных кабелейсоставляет около 4—5 нс/м, что близко к величине задержкив электрических кабелях. Оптоволоконныекабели, как и электрические, выпускаются висполнении plenum и non-plenum. on_load_lecture() Вы можете поддержать наш проект и автора курса? set_video_reclama();

Бескабельные каналы связи Кроме кабельных каналов вкомпьютерных сетях иногда используются также бескабельные каналы. Их главноепреимущество состоит в том, что не требуется никакой прокладки проводов (ненадо делать отверстий в стенах, закреплять кабель в трубах и желобах,прокладывать его под фальшполами, над подвесными потолками или ввентиляционных шахтах, искать и устранять повреждения). К тому же компьютерысети можно легко перемещать в пределах комнаты или здания, так как они ни кчему не привязаны. Радиоканал использует передачу информации по радиоволнам, поэтомутеоретически он может обеспечить связь на многие десятки, сотни и даже тысячикилометров. Скорость передачи достигает десятков мегабит в секунду (здесьмногое зависит от выбранной длины волны и способа кодирования). Особенность радиоканала состоит в том, что сигнал свободноизлучается в эфир, он не замкнут в кабель, поэтому возникают проблемысовместимости с другими источниками радиоволн (радио- и телевещательнымистанциями, радарами, радиолюбительскими и профессиональными передатчиками ит.д.). В радиоканале используется передача вузком диапазоне частот и модуляция информационным сигналом сигнала несущейчастоты. Главным недостатком радиоканала является его плохая защита отпрослушивания, так как радиоволны распространяются неконтролируемо. Другойбольшой недостаток радиоканала – слабаяпомехозащищенность. Для локальных беспроводныхсетей (WLAN – Wireless LAN) в настоящее время применяются подключения по радиоканалу на небольших расстояниях (обычно до 100 метров) и впределах прямой видимости. Чаще всего используются два частотных диапазона –2,4 ГГц и 5 ГГц. Скорость передачи – до 54 Мбит/с. Распространен вариант соскоростью 11 Мбит/с. Сети WLAN позволяютустанавливать беспроводные сетевые соединения на ограниченной территории(обычно внутри офисного или университетского здания или в таких общественныхместах, как аэропорты). Они могут использоваться во временных офисах или вдругих местах, где прокладка кабелей неосуществима, а также в качестведополнения к имеющейся проводной локальной сети, призванного обеспечитьпользователям возможность работать перемещаясь по зданию. Популярная технология Wi-Fi(Wireless Fidelity) позволяет организовать связь между компьютерами числом от2 до 15 с помощью концентратора (называемого точка доступа, Access Point,AP), или нескольких концентраторов, если компьютеров от 10 до 50. Кроме того,эта технология дает возможность связать две локальные сети на расстоянии до 25 километров спомощью мощных беспроводных мостов. Для примера на рис. 2.7 показанообъединение компьютеров с помощью одной точки доступа. Важно, что многиемобильные компьютеры (ноутбуки) уже имеют встроенный контроллер Wi-Fi, чтосущественно упрощает их подключение к беспроводной сети. Рис. 2.7. Объединение компьютеров с помощью технологии Wi-Fi Радиоканал широко применяется в глобальных сетях как для наземной, так идля спутниковой связи. В этом применении у радиоканаланет конкурентов, так как радиоволны могут дойти до любой точки земного шара. Инфракрасный канал также нетребует соединительных проводов, так как использует для связи инфракрасноеизлучение (подобно пульту дистанционного управления домашнего телевизора).Главное его преимущество по сравнению с радиоканалом– нечувствительность к электромагнитным помехам, что позволяет применять его,например, в производственных условиях, где всегда много помех от силовогооборудования. Правда, в данном случае требуется довольно высокая мощностьпередачи, чтобы не влияли никакие другие источники теплового (инфракрасного)излучения. Плохо работает инфракрасная связь и в условиях сильнойзапыленности воздуха. Скорости передачи информации поинфракрасному каналу обычно не превышают 5—10 Мбит/с, но при использованииинфракрасных лазеров может быть достигнута скорость более 100 Мбит/с.Секретность передаваемой информации, как и в случае радиоканала,не достигается, также требуются сравнительно дорогие приемники и передатчики.Все это приводит к тому, что применяют инфракрасные каналы в локальных сетяхдовольно редко. В основном они используются для связи компьютеров спериферией (интерфейс IrDA). Инфракрасные каналы делятся надве группы:

  • Каналыпрямой видимости, в которых связь осуществляется на лучах, идущихнепосредственно от передатчика к приемнику. При этом связь возможнатолько при отсутствии препятствий между компьютерами сети. Затопротяженность канала прямой видимости может достигать несколькихкилометров.
  • Каналына рассеянном излучении, которые работают на сигналах, отраженных отстен, потолка, пола и других препятствий. Препятствия в данном случае непомеха, но связь может осуществляться только в пределах одногопомещения.

Если говорить о возможныхтопологиях, то наиболее естественно все беспроводные каналы связи подходятдля топологии типа шина, в которой информация передается одновременно всемабонентам. Но при использовании узконаправленной передачи и/или частотногоразделения по каналам можно реализовать любые топологии (кольцо, звезда,комбинированные топологии) как на радиоканале,так и на инфракрасном канале. on_load_lecture() Вы можете поддержать наш проект и автора курса? set_video_reclama();

Статьи к прочтению:

История России для \


Похожие статьи: