Глава 2. Физическая среда передачи нформации

Наиболее часто в компьютерных сетях для соединения используются провода, или кабели. Они выступают в качестве среды передачи информации между компьютерами. Существуют различные типы кабелей, которые обеспечивают нормальную работу всевозможных сетей, от малых до больших. На практике в большинстве сетей применяются следующие типы кабелей:

1. Витая пара (twisted pair)

2. Оптоволоконный кабель (fiber optic).

Самая простая витая пара (twisted pair) – это два перевитых изолированных медных провода. Переплетение проводов позволяет избавиться от электрических помех. Существует две разновидности кабеля этого типа:

- неэкранированная (unshielded) витая пара (UTP);

- экранированная (shielded) витая пара (STP).

Несколько витых пар проводов часто помещают в одну защитную оболочку (рис.2.1). Их количество в таком кабеле бывает разным.

Неэкранированный кабель UTP в зависимости от электрических и механических характеристик разделяется на пять категорий. Кабели категории 1 и 2 были определены в стандарте EIA/TIA-568, но в стандарт EIA/TIA-568A уже не вошли, как устаревшие.

Кабели категории 1 применяются там, где требования к скорости передачи минимальны. Обычно это кабели для цифровой и аналоговой передачи голоса и низкоскоростной (до 20 Кбит/с) передачи данных. До 1983 года это был основной тип кабеля для телефонной разводки.

Кабели категории 2 были впервые применены фирмой IBM при построении собственной кабельной системы. Главное требование к кабелям этой категории – способность передавать сигналы со скоростью 1 Мбит.

Кабели категории 3 были стандартизированы в 1991 году и предназначены как для передачи голоса, так и для передачи данных. Электрические характеристики кабеля определяются для частот в диапазоне до 16 МГц. Кабели категории 3 сейчас составляют основу многих кабельных систем зданий, в которых они используются для передачи голоса и данных.

Кабели категории 4 представляют собой несколько улучшенный вариант кабелей категории 3. Кабели категории 4 обязаны выдерживать тесты на частоте передачи сигнала 20 МГц и обеспечивать повышенную помехоустойчивость и низкие потери сигнала. Кабели категории 4 хорошо подходят для применения в системах с увеличенными расстояниями (до 135 м) и в сетях Token Ring с пропускной способностью 16 Мбит/с. На практике используется редко.

Кабели категории 5 были специально разработаны для поддержки высокоскоростных протоколов. Поэтому их характеристики определяются в диапазоне до 100 МГц. Большинство новых высокоскоростных стандартов ориентируются на использование витой пары 5 категории. Кабель категории 5 пришел на смену кабелю категории 3, и сегодня все новые кабельные системы крупных зданий строятся именно на этом типе кабеля в сочетании с волоконно-оптическим.

Особое место занимают кабели категории 6 и 7, которые промышленность начала выпускать сравнительно недавно. Для кабеля категории 6 характеристики определяются до частоты 200 МГц, а для кабелей категории 7 – до 600 МГц. Категории 7 обязательно экранируются, причем как каждая пара, так и весь кабель в целом. Кабель категории 6 может быть как экранированным, так и неэкранированным. Основное назначение этих кабелей – поддержка высокоскоростных протоколов на отрезках кабеля большей длины, чем кабель UTP категории 5.

Все кабели UTP независимо от их категории выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки. Обычно две пары предназначены для передачи данных, а две – для передачи голоса.

Экранированный кабель (STP) применяется только для передачи данных.

Основным стандартом, определяющим параметры экранированной витой пары, является фирменный стандарт IBM. В этом стандарте кабели делятся не на категории, а на типы: Type 1, Type 2, …, Type 9.

Основным типом экранированного кабеля является кабель Type 1 стандарта IBM. Он состоит из 2-х пар скрученных проводов, экранированных проводящей оплеткой, которая заземляется. Электрические параметры кабеля Type 1 примерно соответствуют параметрам кабеля UTP категории 5. Однако волновое сопротивление кабеля Type 1 равно 150Ом (UTP категории 5 имеет волновое сопротивление 100 Ом), поэтому простое «улучшение» кабельной проводки сети путем замены неэкранированной пары UTP на STP Type 1 невозможно.

Для присоединения экранированных кабелей к оборудованию используются разъемы конструкции IBM.

Максимальная длина сегмента ЛВС, построенного с использованием кабеля UTP категории 5, не должна превышать 100 м, а с учетом длины патч кордов – 95 м.

ГОСТ Р 53245-2008 (Информационные технологии. Системы кабельные структурированные. Монтаж основных узлов системы. Методы испытания)

ГОСТ Р 53246-2008 (Информационные технологии. Системы кабельные структурированные. Проектирование основных узлов системы. Общие требования)

Оптоволоконные линии предназначены для передачи больших объемов данных на очень высоких скоростях, поскольку сигнал в них практически не затухает и не искажается.

Волоконно-оптические кабелисостоят из центрального проводника света (сердцевины) – стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла – оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина.

Каждое оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит минимум из двух волокон. Одно из них служит для передачи сигнала, а другое – для приема. Жесткость кабеля обеспечивает покрытие из пластика, а прочность – волокна из кевлара. На рис. 2.2 показано строение оптоволоконного кабеля.

Рисунок 2.2. Строение оптоволоконного кабеля

Сигнал, передаваемый по оптоволоконному кабелю, не подвержен электрическим помехам. Скорость передачи данных чрезвычайно высокая и достигает десятки Гбит/с.

В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника различают:

- многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления;

- многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления;

- одномодовое волокно.

В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF) используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света – от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника. Полоса пропускания одномодового кабеля – сотни гигагерц.

В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber, MMF) используются более широкие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически. В стандартах определены два наиболее употребительных многомодовых кабеля: 62,5/125 мкм и 50/125 мкм, где 62,5 мкм или 50 мкм – это диаметр центрального проводника, а 125 мкм – диаметр внешнего проводника.

В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника под разными углами. Угол отражения луча называется модой луча. В многомодовых кабелях с плавным изменением коэффициента преломления режим распространения каждой моды имеет более сложный характер, чем в кабелях со ступенчатым изменением показателя преломления.

Многомодовые кабели имеют более узкую полосу пропускания – до 800 МГц. Сужение полосы пропускания происходит из-за потерь световой энергии при отражениях, а также из-за интерференции лучей разных мод.

Волоконно-оптические кабели присоединяют к оборудованию разъемами MIC, ST и SC.

Волоконно-оптические кабели обладают отличными характеристиками всех типов: электромагнитными, механическими (хорошо гнутся, а в соответствующей изоляции обладают хорошей механической прочностью). Однако у них есть один серьезный недостаток – сложность соединения волокон с разъемами и между собой при необходимости наращивания длины кабеля.

Максимальная длина сегмента ЛВС, построенного с использованием многомодового оптоволокна, не должна превышать 2 км.