Проводные каналы связи. Основные характеристики данных. Стандарты кабелей

Среда передачи данных — линии (или каналы) связи, по кото­рым компьютеры могут обмениваться информацией.

В случае если топология сети не является полносвязной, раз­личные узлы вынуждены использовать для передачи своих дан­ных одни и те же линии связи. На рис. узлы A и Б используют общий канал для передачи сообщений узлу В, т. е. среда передачи данных используется несколькими устройствами или узлами се­ти. В этом случае среда называется разделяемой.

Подключение компьютера к разделяемой среде осуществляет­ся с помощью сетевого адаптера.

В зависимости от используемой среды передачи данных ли­нии связи делятся на:

• проводные;

• кабельные;

• беспроводные.

Проводные линии связи строятся с использованием телефон­ных или телеграфных проводов. Такая среда обладает низкими показателями скорости передачи данных и помехозащищенно­сти, поэтому при построении сети при наличии возможности предпочитают использовать кабель или радиодиапазон.

Тем не менее на сегодняшний момент существуют быстро развивающиеся технологии, позволяющие в качестве линий связи использовать электрические провода. Привлекательными такие технологии делает возможность использования уже проложенных проводов. По этим проводам осуществляется энергоснабжение домов, квартир, офисов, предприятий и т. д., а может параллель­но осуществляться и информационный обмен.

Кабельные линии строятся на основе специальных кабелей, представляющих собой проводники, заключенные в несколько слоев изоляции.

Промышленностью выпускается большое число видов кабе­ля, но для построения компьютерных сетей применяется три ос­новных типа:

• высокочастотные коаксиальные кабели с медной жилой;

• кабели на основе витых пар медных проводников;

• оптоволоконные (или волоконно-оптические) кабели. Для кабелей характерны следующие параметры:

• полоса пропускания — частотный диапазон сигналов, про­пускаемых кабелем;

• задержка распространения сигнала;

• помехозащищенность кабеля — степень защищенности ка­беля от воздействия помех и наводок, возникающих как во внешней среде, так и на внутренних проводниках самого ка­беля;

• затухание — степень потери мощности сигнала на выходе линии связи по отношению к мощности на входе этой ли­нии.

• волновое сопротивление (для электрических кабелей) — полное сопротивление, которое встречает электромагнитная волна определенной частоты при распространении вдоль однородной цепи.

Коаксиальный кабель – этоцентральный мед­ный проводник, заключенный в металлическую оплетку (экран) и отделенный от нее диэлектриком. Металлическая оп­летка обычно покрывается внешней изолирующей оболочкой (рис. 1.). Она служит для передачи информации, а также защищает внутреннюю жилу кабеля от помех, вызываемых посторонними электромагнитными полями, т. е. экранирует ее.

Наиболее часто коаксиальный кабель применяется в сетях с топологией типа «общая шина»

Рис. 1. «Толстый» (а) и «тонкий» (б) коаксиальный кабель:

/ —центральный проводник; 2 — экранирующая оплетка; 3 — изолирующая

оболочка; 4 — диэлектрик

«Толстый» коаксиальный кабель (RG-8, RG-11) имеет

· волно­вое сопротивление 50 Ом,

· диаметр центрального медного провода 2,17 мм

· внешний диаметр порядка 10 мм.

«Тонкий» коаксиальный кабель (RG-58) имеет

· волновое сопротивление 50 Ом

· диаметр внутреннего проводника составляет 0,89 мм

· внешний диаметр порядка 5 мм.

Кабель на основе витых пар -это несколько пар, скрученных попарно медных изолированных проводников, заключенных в общую диэлектрическую оболочку.

Такой кабель может быть экранированным (STP) и неэкранированным (UTP). В экранированном кабеле каждая витая пара поме­щается в металлическую оплетку. Это способствует увеличению помехозащищенности линии связи, а также улучшению защиты от «прослушивания».

Кабель на неэкранированной витой паре в настоящее время являются основной средой передачи данных для неоптических технологий.

В зависимости от характеристик кабели на витых парах разде­ляются на пять категорий:

Кабели категории 1 (UTP I) применяют для пере­дачи голоса и низкоскоростной передачи данных. До 1983 г. был основным кабелем для телефонной развод­ки в США.

Кабели категории 2 (UTP 2) разработаны фирмой IBM для применения в собственных кабельных системах. Главное их отли­чие от кабеля категории 1 — это полоса пропускания 1МГц.

Кабели категории 3 (UTP 3) имеют полосу пропускания 16 МГц. Использовались как для передачи данных, так и для пе­редачи голоса, поэтому в настоящее время кабельные системы многих зданий построены на кабеле третьей категории.

Кабели категории 4 (UTP 4) - улучшенный вариант кабеля категории 3, полоса пропускания 20 МГц, повы­шенная помехоустойчивость и низкие потери. На практике при­менялся редко, в основном там, где было необходимо увеличить длину сегмента сети.

Кабели категории 5 (UTP 5) специально разработаны для под­держки высокоскоростных технологий. Полоса пропускания ка­беля категории 5—100 МГц. Кабель категории 5 в настоящее вре­мя заменил кабель категории 3, и все новые технологии локаль­ных сетей ориентируются именно на него.

Особое место занимают кабели категорий 6 и 7, которые вы­пускаются сравнительно недавно и имеют полосу пропускания 200 и 600 МГц соответственно. Кабели категории 7 обязательно экранируются; категории 6 могут быть как экранированными, так и нет. Они используются в высокоскоростных сетях на отрезках большей длины, чем кабели пятой категории. Эти кабели значи­тельно дороже и по стоимости приближаются к волоконно-опти­ческим кабелям.

Оптоволоконный кабель состоит из одного или нескольких оптических волокон (световодов), сделанных из кварцевого стек­ла и заключенных в общую защитную оболочку.

-

Рис. 2. Типы оптоволоконного кабеля:

а — многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления; б — многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления; в — одномодовое волокно; 1 — мода 1; 2 — мода 2; 3 — стеклянная оболочка; 4 — сердцевина

Каждый световод состоит из стеклянной сердцевины (цен­трального проводника) с высоким показателем пре­ломления, и стеклянной оболочки, обладающей низким показа­телем преломления света. За счет этого лучи света распространяются по сердцевине, последовательно отражаясь от внутренней границы стеклянной оболочки.

В зависимости от характера распространения света оптоволо­конный кабель делится на (рис. 2):

• одномодовоеволокно;

• многомодовое волокно со ступенчатым изменением показа­теля преломления;

• многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления.

Мода луча — это угол отражения луча в сердцевине.

В одномодовых кабелях применяются сердцевины с очень ма­лым диаметром — 8—9 мкм, что соизмеримо с длиной волны све­та, поэтому в таком кабеле возможно существование только од­ной моды.

На рынке распространен одномодовый кабель 9/125 мкм. В этом обозначении 9 мкм соответствует диаметру сердцевины оптоволокна, а 125 мкм — диаметру стеклянной оболочки.

Производство стеклянного волокна столь малого диаметра яв­ляется сложным технологическим процессом, что делает одномо­довый кабель весьма дорогим. Однако его характеристики, по сравнению с более дешевыми многомодовыми кабелями, сущест­венно выше, что позволяет использовать его при передаче данных на большие расстояния.

В многомодовом оптоволокне используются более широкие сердечники, что делает их дешевле, нежели одномодовый кабель. Наиболее распространены многомодовые кабели 50/125 мкм и 62,5/125 мкм. В сердцевине такого диаметра свет может рас­пространяться по различным путям, отражаясь под разными углами — существует более одной моды луча.

Множество мод приводит к дисперсии импульса передачи, интерференции лучей, что в итоге приводит к ухудшению харак­теристик кабеля. Поэтому многомодовые кабели используются в основном при передаче данных на небольшие расстояния (до 2000 м) на скоростях не более 1 Гбит/с.

При передаче по оптоволоконным кабелям в качестве источ­ника света используются полупроводниковые лазеры или светодиоды. Длина волны излучаемого ими света обычно равна 850, 1300 или 1550 нм, что соответствует определенным «окнам про­зрачности» самого волокна.