2017-10-25
1767
Типовими і найбільш поширеними представниками штучного середовища передачі даних є кабелі. При створенні мережі передачі даних вибір здійснюється з наступних основних видів кабелів: волоконно-оптичний (fiber), коаксиал (cpaxial) і вита пара (twisted pair). При цьому і коаксиал (коаксіальний кабель), і вита пара для передачі сигналів використовують металевий провідник, а волоконно-оптичний кабель - світловод, виготовлений зі скла або пластмаси.
Перш ніж у 1992 році були схвалені стандарти на Ethernet в частині установки неекранованої кручений пари, в більшості локальних мереж використовувався коаксіальний кабель. У наступних інсталяціях почали використовувати більш гнучку і менш дорогу середу - неекрановану виту пару. В даний час завдяки кращим характеристикам у порівнянні з електричними кабелями все більшого поширення набуває волоконно-оптичний кабель.
При виборі кабелю, особливо електричного, виникає протиріччя між досягненням високої швидкості передачі і покриттям великої відстані. При збільшенні швидкості передачі даних зменшується відстань, на яку дані можуть бути переміщені без відновлення (регенерації). У таких випадках використовують пристрої, які здійснюють регенерацію сигналів, зокрема, повторювачі і підсилювачі. Однак при цьому деякі обмеження накладають фізичні властивості кабелю. Так, електричні кабелі володіють характеристикою, що вважається непрямої, - импедансом; при спробі з'єднати два кабелі з різним импедансом виникають складнощі.
Коаксіальний кабель. На сьогодні це далеко не найпоширеніша і не сама зручна технологія. Але почати виклад з нього потрібно з історичних причин. Конструкція коаксіальних кабелів представлена на рис. 8.7.
Перші мережі Ethernet були побудовані на протоколі 10base5 і використовували як електричної середовища передачі даних «товстий» коаксіальний кабель (thickNet). Використовувати його виявилося не дуже зручно, і тому практично відразу з'явився більш простий і дешевий варіант 10Bаsе2, що використовує «тонкий» коаксіальний кабель (thickNet). Як правило, «товстий» коаксиал був яскраво-жовтого кольору, «тонкий» виготовляли чорним, рідше сірим.
Через високу ціну і складнощів в інсталяції перший варіант сприймається як екзотика, і знайти працюючу мережу на його основі - величезна проблема. Можливо, не будь ця технологія
настільки дорогою і застарілої, вона змогла б, завдяки зручній топології і роботі на великі відстані, знайти широке застосування в домашніх (кампусних) мережах.
Мережі на «тонкому» коаксіальному кабелі досить широко поширені. Ця технологія донедавна була досить зручна для невеликих (до 5-10 комп'ютерів) мереж. Основною перевагою, у порівнянні з кручений парою, є відсутність активного обладнання. Проте останнім часом застосовуються в подібних мережах хаби (комутатори) так подешевшали, що робити нову мережу на коаксіальному кабелі не має ні найменшого сенсу.
Аргументи проти коаксіального кабелю досить серйозні:
- Обмеження швидкості в 10 Мбіт; Ф висока вартість (приблизно на 30 - 40% дорожче, ніж кручена пари);
- Низька технологічність інсталяції, складність в експлуатації;
- Порушення контакту в будь-якому місці шини повністю порушує працездатність мережі;
- Низька стійкість до статичної напруги і грозовим наведенням.
Всі ці причини призвели до того, що в корпоративних мережах (і за поширеним стандартом ТIА-568А) коаксіальний кабель просто не розглядається як можлива середу передачі даних. По можливості, його намагаються не застосовувати навіть для телевізійної проводки.
Вита пара. Найбільш часто для побудови сучасних комп'ютерних мереж застосують виту пару. На сьогодні це недорогий і універсальний кабель для створення локальних комунікацій практично будь-якого рівня складності. Вита пара (ТР-twisted pair) - кабель, в якому ізольована пара провідників скручена з невеликим числом витків на одиницю довжини (рис. 8.8). Скручування виконується для зменшення зовнішніх наведень (від зовнішніх джерел) і перехресних наведень (провідниками однієї і тієї ж пари).
В останні кілька років виробники кручений пари та мережевого обладнання навчилися створювати устаткування для передачі даних по крученим кабелям з високими швидкостями і на великі відстані. Деякі з перших локальних мереж на персональних комп'ютерах, наприклад, Omninet або 10Net, використовували виту пару, але могли передавати дані тільки зі швидкістю 1 Мбіт / с. У 1984 році, коли була представлена мережа Token Ring, вона володіла здатністю пересилати дані зі швидкістю 4 Мбіт / с по екранованої кручений парі. А в 1987 році окремі виробники
заявили, що мережа Ethernet може пересилати дані по неекранованої кручений парі, але комп'ютери повинні бути розміщені на відстані, рівному приблизно 300 футів, а не 2000 футів, як було дозволено для з'єднання за допомогою товстого коаксіального кабелю. Сучасні досягнення зробили можливою передачу даних по кабелю на кручений парі зі швидкістю 1 Гбіт / с (по 250 Мбіт / с в кожній з чотирьох пар).
У порівнянні з волоконно-оптичними та коаксіальними кабелями, використання кручений пари має ряд істотних переваг. Такий кабель більш тонкий, більш гнучкий, і його простіше встановлювати, вартість їх висока. І внаслідок цього кручена пари є ідеальним засобом передачі даних для офісів або робочих груп, де немає електромагнітних перешкод.
Однак кручена пара має недоліки: чутливість до впливу зовнішніх електромагнітних наведень, можливість витоку інформації та сильне загасання сигналів. Крім того, провідники витої пари схильні поверхневому ефекту - на високій частоті електричний струм витісняється з центру провідника, що призводить до зменшення корисної площі провідника і додаткового ослаблення сигналу.
Розрізняють декілька типів кабелів залежно від наявності (або відсутності) екрану:
- UTP (Unshielded Twsted Pair ) - неекранована кручена пара, тобто кабель, кручені пари якого не мають індивідуального захисту, в;
- FTP (Foiled Twisted pair ) - фольгована вита пара. Має загальний екран з фольги, проте у кожної пари немає індивідуального захисту;
- STP (Shielded Twisted Pair ) - екранована кручена пара, кожна пара має екран.
Кабель UTP не містить ніяких екранів, а кабель STP може мати екран навколо кожної кручений пари і, на додаток до цього, ще один екран, що охоплює всі кручені пари (кабель S-SТР). Застосування екрану дозволяє підвищити завадостійкість.
Матеріали, використовувані при виготовленні кручений пари, аналогічні матеріалами, використовуваним при виготовленні коаксіального кабелю.
Стандарти ТIА/ЕIА-568, 568А описують категорії для кручений пари. Існують сім таких категорій. Наймолодша (категорія 1) відповідає аналоговому телефонному каналу, а старша (категорія 7) характеризується максимальною частотою сигналу в 600 МГц, при цьому категорії 1... 3 виконуються на 1ЯР, а 4... 7 - на UTP і STP.
Волоконно-оптичний кабель ( fiber-optic cable) був розрекламований як вирішення всіх проблем, що породжуються мідним кабелем. Такий кабель має величезну ширину смуги пропускання і може пересилати голосові сигнали, відеосигнали і сигнали даних на дуже великі відстані. У зв'язку з тим, що волоконно-оптичний кабель для передачі даних використовує світлові імпульси, а не електричні сигнали, він виявляється несприйнятливим до електромагнітних перешкод. Відмінною особливістю волоконно-оптичного кабелю є також те, що він забезпечує більш високу безпеку передачі інформації, ніж мідний кабель. Це пов'язано з тим, що порушник не може підслуховувати сигнали, а повинен фізично підключитися до лінії зв'язку. Для того щоб дістатися до інформації, переданої по волоконно-оптичному кабелю, необхідно під'єднати відповідний пристрій, що в свою чергу, призведе до зменшення інтенсивності світлового випромінювання.
До недоліків волоконно-оптичного кабелю слід віднести високу вартість і менше число можливих перекомутацію у порівнянні з електричними кабелями, так як під час перекомутацію з'являються мікротріщини в місці з'єднання, що веде до погіршення якості оптоволокна. Одномодовий кабель має діаметр світловода 5-10 мкм і допускає тільки прямолінійне поширення світлового випромінювання (по центральній моді). У стрижні многомодового кабелю світло може поширюватися не тільки прямолінійно (по декількох модам). Чим більше мод, тим вже пропускна здатність кабелю.
Так, на 100 м максимальна частота сигналу на довжині хвилі 850 нм для багатомодового кабелю становить 1600 МГц, для одномодового - 888 ГГц. Стержень і оболонка многомодового кабелю можуть бути виготовлені зі скла або пластику, у той час як у одномодового - тільки зі скла. Для одномодового кабелю джерелом світла є лазер, для багатомодового - світлодіод.
Для багатомодового кабелю характерні наступні перешкоди: модальна дисперсія і хроматична дисперсія. Модальна дисперсія полягає в тому, що на великій відстані починає позначатися багатомодову кабелю - світловий імпульс, що йде по найдовшій моді (неаксіальний промінь), починає «відставати» від імпульсу, що йде по центральній моді (аксіальний промінь). У результаті цього проміжок між імпульсами повинен бути більше, ніж різниця між аксіальним і неаксіальним променями. хроматичної дисперсії можна також назвати «ефектом веселки», оскільки світловий сигнал розділяється на світлові компоненти. Так як хвилі світла різної довжини пропускаються световодом по-різному, то на великих відстанях хроматична дисперсія може привести до втрати даних, що передаються - світлові компоненти одного сигналу будуть накладатися на світлові компоненти іншого.
Багатомодовий волоконно-оптичний кабель може бути із ступінчастим або з плавним відображенням сигналу. Кабель з плавним відображенням сигналу має багатошарову оболонку з різними коефіцієнтами відображення у кожного шару і кращі характеристики в порівнянні з кабелем із ступінчастим відображенням сигналу.
Одномодовий кабель володіє найкращими характеристиками, але і є найдорожчим. Багатомодовий кабель із пластику є найдешевшим, але володіє найгіршими характеристиками.
Природні середовища
Атмосфера. В якості носіїв інформації в атмосфері використовуються електромагнітні хвилі. Характер поширення електромагнітних хвиль в атмосфері залежить від довжини хвилі. Спектр електромагнітного випромінювання ділиться на радіовипромінювання, інфрачервоне випромінювання, видиме світло, ультрафіолетове випромінювання, рентгенівське випромінювання, гамма-випромінювання. В даний час у зв'язку з технічною складністю реалізації ультрафіолетове, рентгенівське і гамма-випромінювання в якості носіїв даних не використовуються.
Використовувані радіохвилі, в залежності від довжини хвилі, діляться наступним чином (наведемо вітчизняну класифікацію): наддовгі (декакілометровие), довгі (кілометрові), середні (гектаметровие), короткі (декаметрові), метрові, дециметрові, сантиметрові, міліметрові, субміліметрові. Останні п'ять діапазонів прийнято також називати ультракороткими хвилями. Крім того, в останні три діапазони входить НВЧ-випромінювання (а за деякими джерелами - і частина дециметрового діапазону 0,3... 0,1 м).
Радіохвилі. У мережах бездротової передачі даних знайшли застосування радіохвилі УКХ-діапазону, які поширюються прямолінійно, не відбиваються іоносферою (як короткі хвилі) і не огинають перешкоди, що зустрічаються (як довгі або середні хвилі). Тому зв'язок у мережах передачі даних, побудованих на УКХ-радіозасобах, обмежена по відстані (до 40 км). Для збільшення дальності зв'язку зазвичай використовують ретранслятори.
Мережі передачі даних бувають вузькосмуговими (як правило, одночастотні) і широкосмуговими (широкосмугові, як правило, організовуються на неліцензованому частотах). Широкосмугові мережі можуть використовувати або метод множинного доступу з кодовим поділом каналів і модуляцією несучої прямий послідовністю (DS-CDMA, DFM), або метод множинного доступу з кодовим поділом каналів за рахунок стрибкоподібного зміни частоти (FH-CDMA, FHM).
Варто додати, що при використанні радіохвиль міліметрового діапазону і менш, якість радіозв'язку буде залежати від характеру траси і стану атмосфери (туман, дим і т. д.).
Супутниковий зв'язок - це радіозв'язок з використанням замість Наземних ретрансляторів супутників-ретрансляторів, що знаходяться на геостаціонарній орбіті. При використанні супутника-ретранслятора знімається обмеження по відстані, але виникають затримки між прийомом і передачею сигналу - затримки поширення, які мо (гут скласти 0,5-5,0 секунд.
Інфрачервоне випромінювання і видиме світло. Джерелом інфрачервоного випромінювання можуть служити лазер або фотодіод. На відміну від радіовипромінювання, інфрачервоне випромінювання не може проникати крізь стіни, і сильний джерело світла буде З'являтися для них перешкодою. Крім того, при організації зв'язку поза приміщенням на якість зв'язку буде впливати стан атмосфери. Інфрачервоні мережі передачі даних використовують пряме або розсіяне інфрачервоне випромінювання. Мережі, які використовують пряме випромінювання, організовані за схемою «точка - точка» або через відбивач, що закріплюється, як правило, на стелі. Організація мереж, що використовують пряме випромінювання, вимагає дуже точного наведення, особливо якщо в якості джерел наведення використовуються лазери. Використовувані частоти випромінювання 100... 1000 ГГц, пропускна здатність - від 100 кбіт / с до 16 Мбіт / с.Мережі, які використовують розсіяне випромінювання, не вимагають точного налаштування, більше того, дозволяють абоненту переміщатися, але володіють меншою пропускною здатністю - не більше 1 Мбіт / с.
Використання в мережах передачі даних джерела видимого світла більше проблематично, так як це джерело (лазер) може завдати травми людині (опік очей). Тому при організації мереж, що використовують видиме світло, слід також вирішувати проблеми виключення травми користувача мережі, обслуговуючого персоналу або випадкових людей. В іншому ж характеристики та умови застосування мереж передачі даних, що використовують видиме світло, аналогічні мереж передачі даних, що використовують інфрачервоне випромінювання за схемою «точка - точка».
