Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Мета: ознайомитись з основними фізичними середовищами КМ. вивчити типи кабелів, що застосовуються у комп'ютерних мережах, та навчитись робити обтиск скручених пар.
Типи та апаратура ліній зв’язку
Лінія зв’язку (ЛЗ) складається в загальному випадку з фізичного середовища, по якому передаються електричні інформаційні сигнали, апаратури передачі даних і проміжної апаратури. Фізичне середовище передачі даних (medium) може бути кабелем, земною атмосферою чи космічним простором [1, 4, 7].
В залежності від середовища передачі дані ЛЗ розділяють на:
Провідні ЛЗ це провід без ізоляції, прокладений між стовпами і висячій в повітрі. Використовуються для передачі телефонних та телеграфних сигналів. Швидкісні якості і завадостійкість таких ліній дуже погані
Кабельні лінії складається з ізольованих провідників, захищених ізоляцією. Може бути кілька шарів ізоляції: електричної, електромагнітної, механічної, а також, можливо, кліматичної. В КМ застосовуються три основних типи кабелю:
Скручена пара проводів (twisted pair) може бути виконана в таких варіантах [4]:
Скручування пар проводів знижує вплив зовнішніх завад на корисні сигнали, що передаються кабелем.
Коаксіальний кабель (coaxial) має несиметричну конструкцію і складається з внутрішньої мідної жили та екрану, відділеного від жили шаром ізоляції. Є кілька типів коаксіального кабелю, що відрізняються характеристиками й областями застосування для ЛКМ, ГКМ, кабельного телебачення тощо.
Волоконно-оптичний кабель (optical fiber) складається з тонких (5-60 мікрон) волокон, по яких надсилаються світлові сигнали. Це найякісніший тип кабелю, який забезпечує передачу даних з досить високою швидкістю (до 10 Гбіт/с і вище) і має найкращий захист даних від зовнішніх завад [1 4, 8].
Радіоканали наземного і супутникового зв’язку утворяться за допомогою передавача і приймача радіохвиль. Існує велика кількість різних типів радіоканалів, що відрізняються як використовуваним частотним діапазоном, так і дальністю каналу. Діапазони коротких, середніх і довгих хвиль (KХ, СХ і ДХ), названі також діапазонами амплітудної модуляції (Amplitude Modulation, AM) по типу використовуваного в них методу модуляції сигналу, забезпечують далекий зв’язок, але при невисокій швидкості передачі даних. Більш швидкісними є канали, що працюють у діапазонах ультракоротких хвиль (УКВ), для яких характерна частотна модуляція (Frequency Modulation, FM), а також у діапазонах надвисоких частот (СВЧ, microwaves). В діапазоні СВЧ (понад 4 Ггц) сигнали вже не відбиваються іоносферою Землі і для стійкого зв’язку потрібно наявність прямої видимості між передавачем і приймачем. Тому такі частоти використовують або супутникові канали, або радіорелейні канали, де ця умова виконується. В КМ застосовуються практично всі описані типи фізичних середовищ передачі даних, але найперспективнішими є волоконно-оптичні. На них сьогодні будуються як магістралі великих територіальних мереж, так і високошвидкісні лінії зв’язку ЛКМ. Досить популярним середовищем є також скручені пари, які характеризується відмінним співвідношенням якості до вартості та простотою монтажу. За допомогою скручених пар зазвичай підключають кінцевих абонентів мереж. Супутникові канали і радіозв’язок використовуються найчастіше в тих випадках, коли кабельні зв’язки застосувати не можна наприклад, при проходженні каналу через малонаселену чи місцевість або для зв’язку з мобільними користувачами мережі [1].
Апаратура передачі даних (Data Circuit terminating Equipment, DCE) безпосередньо зв’язує комп’ютери або ЛКМ користувача з ЛЗ. Традиційно апаратуру передачі даних включають до складу ЛЗ. Прикладами DCE є модеми, термінальні адаптери мереж ISDN, оптичні модеми, пристрої підключення до цифрових каналів. Зазвичай DCE працює на фізичному рівні, відповідаючи за передачу та прийом сигналу потрібної форми і потужності з фізичного середовища [1, 7].
Апаратура користувача ЛЗ, яка генерує дані для передачі по ЛЗ і, що підключається безпосередньо до апаратури передачі даних, узагальнено називаеться кінцеве устаткування даних (Data Terminal Equipment, DTE). Прикладом DTE можуть бути комп’ютери, комутатори та маршрутизатори. Цю апаратуру не включають до складу ЛЗ [1, 7].
Поділ обладнання на класи DCE і DTE в ЛКМ є досить умовним: наприклад, адаптер ЛКМ можна вважати як складовою комп’ютера, тобто DTE, так і складовою частиною ЛЗ, тобто DCE.
Проміжна апаратура зазвичай використовується на ЛЗ великої довжини. Проміжна апаратура вирішує дві основні задачі:
В ЛКМ проміжна апаратура може не використовуватись, якщо довжина фізичного середовища або кабелів радіоефіру дозволяє одному мережевому адаптеру приймати сигнали безпосередньо від іншого мережевого адаптера, без проміжного посилення. В протилежному випадку застосовуються пристрої типу повторювачів і концентраторів.
В ГКМ необхідно забезпечити якісну передачу сигналів на відстані у сотні і тисячі кілометрів. Тому підсилювачі сигналів тут необхідні. Крім того, в ГКМ необхідна також і проміжна апаратура іншого роду мультиплексори, демультиплексори та комутатори. Ця апаратура вирішує другу зазначену задачу, тобто створює між двома абонентами мережі складений канал з відрізків фізичного середовища, що не комутуються - кабелів з підсилювачами.
Наявність проміжної комутаційної апаратури раціонально використовувати ЛЗ, не прокладаючи останні для кожної пари вузлів мережі, що з'єднуються. Замість цього між мультиплексорами і комутаторами використовується високошвидкісне фізичне середовище, наприклад волоконно-оптичний кабель, по якому передаються одночасно дані від великого числа порівняно низькошвидкісних абонентських ліній. А коли потрібно утворити постійне з’єднання між будь-якими двома кінцевими вузлами мережі, що знаходяться, наприклад, у різних містах то мультиплексори, комутатори і демультиплексори налаштовуються відповідним чином оператором каналу. Високошвидкісний канал зазвичай називають ущільненим каналом.
Проміжна апаратура ЛЗ прозора (непомітна) для користувача. В залежності від її типу всі ЛЗ поділяються на аналогові і цифрові. В аналогових лініях проміжна апаратура призначена для посилення аналогових сигналів (аналогові сигнали мають нескінченну кількість станів). Для створення високошвидкісних каналів, що мультиплексують певну кількість низькошвидкісних аналогових абонентських каналів, при аналоговому підході зазвичай використовують техніку частотного мультиплексування (Frequency Division Multiplexing, FDM) [1].
В цифрових ЛЗ сигнали, що передаються мають кінцеве число станів. За допомогою таких сигналів передаються як комп’ютерні дані, так і оцифровані мова та зображення. В цифрових каналах зв’язку використовується проміжна апаратура, що поліпшує форму імпульсів і забезпечує їх ресинхронізацію (тобто відновлює період синхропослідовності). Проміжна апаратура утворення високошвидкісних цифрових каналів (мультиплексори, демультиплексори, комутатори) працює за принципом часового мультиплексування каналів (Time Division Multiplexing, TDM), коли кожному низькошвидкісному каналу виділяється визначена частка часу (тайм-слот, квант) високошвидкісного каналу.
Апаратура передачі дискретних комп'ютерних даних по аналогових і цифрових лініях зв'язку істотно відрізняється, тому що в першому випадку ЛЗ призначена для передачі сигналів довільної форми і не висуває ніяких вимог до способу представлення одиниць і нулів апаратурою передачі даних, а в другому всі параметри переданих лінією імпульсів стандартизовані.
До основних характеристик ЛЗ відносяться [1, 4, 7, 17]:
Перш за все спеціалістів з КМ цікавлять пропускна здатність і вірогідність передачі даних, оскільки ці характеристики прямо впливають на продуктивність і надійність створюваної мережі. Вони характеризують як ЛЗ, так і спосіб передачі даних. Тому, якщо спосіб передачі (протокол) вже визначений те відомі і ці характеристики. Наприклад, пропускна здатність цифрової ЛЗ завжди відома, тому що на ній визначений протокол фізичного рівня, що задає бітову швидкість передачі даних (наприклад, 10 Мбіт/с). Однак не можна говорити про пропускну здатність ЛЗ, до того як для неї визначений протокол фізичного рівня. В таких випадках дуже важливими є смуга пропущення, перехресні наведення, завадостійкість та інші характеристики.
Амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) показує, як знижується амплітуда синусоїди на виході ЛЗ порівняно з амплітудою на її вході для всіх можливих частот переданого сигналу. Замість амплітуди в цій характеристиці часто використовують також потужність сигналу.
Знання амплітудно-частотної характеристики реальної ЛЗ дозволяє визначити форму вихідного сигналу практично для будь-якого вхідного сигналу, проте одержати її дуже важко. Адже для цього необхідно провести тестування лінії еталонними синусоїдами по всьому діапазоні частот від нуля до деякого максимального значення, що може зустрітися у вхідних сигналах. Тому, практично, замість АЧХ застосовуються інші, спрощені характеристики смуга пропущення і загасання.
Смуга пропущення (bandwidth) це безперервний діапазон частот, для якого відношення амплітуди вихідного сигналу до вхідного перевищує деяку заздалегідь задану межу (зазвичай 0,5). Тобто вона визначає діапазон частот синусоїдального сигналу, при яких цей сигнал передається по ЛЗ без значних спотворень. Знання смуги пропущення дозволяє одержати з деяким ступенем наближення той же результат, що і знання АЧХ, А ширина смуги пропущення дуже впливає на максимально можливу швидкість передачі інформації по ЛЗ.
Загасання (attenuation) це відносне зменшення амплітуди або потужності сигналу при передачі по ЛЗ сигналу визначеної частоти. Зазвичай воно виміряється у децибелах (дБ., decibel dВ) і обраховується за формулою:
А = 10lg(Рвих/Рвх),
де Рвих, Рвх потужності сигналу на виході та на вході ЛЗ відповідно.
Оскільки потужність вихідного сигналу кабелю без проміжних підсилювачів завжди менше, ніж потужність вхідного сигналу, загасання кабелю завжди є негативною величиною. Наприклад, скручена пара п’ятої категорії характеризується загасанням не нижче -23,6 дБ для частоти 100 МГц при довжині кабелю 100 м. Частота 100 МГц обрана тому, що кабель цієї категорії призначений для високошвидкісної передачі даних, сигнали яких мають значимі гармоніки з частотою приблизно 100 Мгц. Часто оперують з абсолютними значеннями загасання.
Абсолютний рівень потужності, наприклад рівень потужності передавача, також виміряється в децибелах. При цьому базове значення потужності сигналу, щодо якого виміряється поточна потужність, приймає значення 1 мВт. Таким чином, рівень потужності р обчислюється за формулою:
р = 10 lg Р/1мвт [дБм],
де Р потужність сигналу в міліватах, а дБм (dBm) це одиниця виміру рівня потужності (децибел на 1мВт).
Таким чином, амплітудно-частотна характеристика, смуга пропущення і загасання є універсальними характеристиками, і їхнє знання дозволяє зробити висновок про те, як через ЛЗ будуть передаватися сигнали будь-якої форми. Смуга пропущення залежить від типу лінії і її довжини.
Пропускна спроможність лінії
Пропускна спроможність (throughput) характеризує максимально можливу швидкість передачі даних по ЛЗ і вимірюється у бітах за секунду (біт/с), а також у похідних одиницях (наприклад, Мбіт/с, Гбіт/с). Пропускна спроможність ЛЗ залежить не тільки від її характеристик, таких як амплітудно-частотна характеристика, й від спектра сигналів, що передаються. Якщо значимі гармоніки сигналу (тобто ті гармоніки, амплітуди яких вносять основний вклад у результуючий сигнал) попадають у смугу пропускання лінії, то такий сигнал буде добре передаватися даною ЛЗ і приймач зможе правильно розпізнати інформацію, відправлену по лінії передавачем. В протилежному випадку сигнал буде значно спотворюватися, приймач буде помилятись при розпізнаванні інформації, а інформація не зможе передаватись із заданою пропускною спроможністю [1].
Вибір способу представлення дискретної інформації у вигляді сигналів, що подаються на ЛЗ, називається фізичним або лінійним кодуванням. Від вибраного способу кодування залежить спектр сигналів та пропускна спроможність ЛЗ. Наприклад, скручена пари третьої категорії може передавати дані з пропускною здатністю 10 Мбіт/с при способі кодування стандарту фізичного рівня l0Base-T і 33 Мбіт/с при способі кодування стандарту 100Base-T4 [1].
Більшість способів кодування використовують зміну будь-якого параметра періодичного сигналу частоти, амплітуди та фази синусоїди або знак потенціалу послідовності імпульсів. Періодичний сигнал, параметри якого змінюються, називають несучим сигналом чи несучою частотою, якщо в якості такого сигналу використовується синусоїда.
Якщо сигнал змінюється так, що можна розрізнити тільки два його стани, то будь-яка його зміна буде відповідати найменшій одиниці інформації біту. Якщо сигнал може мати більш ніж два стани, які можна розрізнити то будь-яка його зміна буде нести більше ніж біт інформації.
Кількість змін інформаційного параметра несучого періодичного сигналу за секунду виміряється у бодах (baud). Період часу між сусідніми змінами інформаційного сигналу називається тактом роботи передавача.
Пропускна спроможність лінії у бітах за секунду в загальному випадку не збігається з числом бод. Вона може бути як більшою, так і меншою ніж число бод, і це співвідношення залежить від способу кодування. Якщо сигнал має більше двох станів, то пропускна здатність у бітах у секунду буде вище, ніж число бод. Наприклад, якщо інформаційними параметрами є фаза та амплітуда синусоїди і розрізняються чотири стани фази (0, 90,180 і 270 градусів) і два значення амплітуди сигналу, то інформаційний сигнал може мати вісім станів. В цьому випадку модем, що працює зі швидкістю 2400 бод (з тактовою частотою 2400 Гц) передає інформацію зі швидкістю 7200 біт/с, оскільки при одній зміні сигналу передається три біти інформації [1].
При використанні сигналів із двома станами може спостерігатися зворотна картина. Це пояснюється тим, що для надійного розпізнавання інформації приймачем, кожен біт у послідовності кодується за допомогою декількох змін інформаційного параметра несучого сигналу. Наприклад, при кодуванні одиничного значення біта імпульсом позитивної полярності, а нульового значення біта імпульсом негативної полярності фізичний сигнал двічі змінює свій стан при передачі кожного біта. При такому кодуванні пропускна спроможність ЛЗ в два рази нижче, ніж число бод, передане по ній.
На пропускну здатність лінії впливає не лише фізичне, а й логічне кодування. Логічне кодування здійснюється до виконання фізичного кодування і полягає у заміні біт вихідної інформації новою послідовністю біт, яке несе ту ж інформацію, але володіє, крім цього, додатковими властивостями, наприклад можливістю для прийомної сторони виявляти помилки у прийнятих даних. Як приклад логічного кодування можна навести шифрування даних для забезпечення конфіденційність. При логічному кодуванні найчастіше початкова послідовність біт заміняється більш довгою послідовністю, тому пропускна спроможність каналу стосовно корисної інформації при цьому зменшується.
Зв’язок між пропускною спроможністю ЛЗ та її смугою пропущення
Чим вище частота несучого періодичного сигналу, тим більше інформації в одиницю часу передається по ЛЗ і тим вища пропускна спроможність ЛЗ при фіксованому способі фізичного кодування. Однак, з іншого боку, зі збільшенням частоти періодичного несучого сигналу збільшується і ширина спектру цього сигналу, тобто різниця між максимальною і мінімальною частотами того набору синусоїд, що у сумі дадуть обрану для фізичного кодування послідовність сигналів. ЛЗ передає цей спектр синусоїд з тими спотвореннями, що визначаються її смугою пропущення. Чим більше невідповідність між смугою пропущення лінії і шириною спектра інформаційних сигналів, які передаються, тим більше сигнали спотворюються і тим ймовірніші помилки в розпізнаванні інформації приймаючою стороною, а значить, швидкість передачі інформації насправді виявляється меншою, ніж можна було припустити.
Зв’язок між смугою пропущення лінії і її максимально можливою пропускною спроможністю, не залежить від прийнятого способу фізичного кодування, встановив Клод Шеннон [1]:
С = Flog2(1+Рс/Рш),
де С максимальна пропускна спроможність здатність лінії у біт/с; F ширина смуги пропущення лінії в герцах; Рс, Рш потужності сигналу та шуму відповідно.
З цього співвідношення видно, що хоча теоретичної межі пропускної здатності лінії з фіксованою смугою пропущення не існує, на практиці така межа існує. Дійсно, підвищити пропускну спроможність ЛЗ можна за рахунок збільшення потужності передавача або зменшення потужності шуму (завад) на ЛЗ. Обидві ці складові піддаються зміні з важкими зусиллями.
Близьким по суті до формули Шеннона є співвідношення, отримане Найквистом, яке визначає максимально можливу пропускну здатність ЛЗ, але без врахування шуму на лінії [1]:
С = 2Flog2М,
де М кількість станів інформаційного параметра, які можна розрізнити.
Якщо сигнал має два стани, то пропускна спроможність дорівнює подвійному значенню ширини смуги пропущення ЛЗ. Якщо ж передавач використовує більш ніж два стійкі стани сигналу для кодування даних, то пропускна спроможність ЛЗ підвищується, оскільки за один такт роботи передавач передає декілька біт вихідних даних, наприклад два біти при наявності чотирьох станів сигналу, що можна відрізнити (рис. 1б).
Хоча формула Найквиста явно не враховує наявність шуму, побічно його вплив відбивається у виборі кількості станів інформаційного сигналу. Для підвищення пропускної здатності каналу слід було б збільшити цю кількість до значних величин, але практично це неможливо через шум на ЛЗ. Оскільки, якщо амплітуда шуму буде перевищувати різницю між сусідніми рівнями, то приймач не зможе стійко розпізнавати дані, що передаються.
Приведені співвідношення дають граничне значення пропускної здатності лінії, а ступінь наближення до цієї межі залежить від конкретних методів фізичного кодування.
Завадостійкість і вірогідність
Завадостійкість ЛЗ визначає її здатність зменшувати рівень завад, які створюються у зовнішньому середовищі та на внутрішніх провідниках. Завадостійкість залежить від типу фізичного середовища, яке використовується, а також від екрануючих і засобів самої лінії. Найменш завадостійкими є радіолінії, високою завадостійкістю волоконно-оптичні кабелі вони малочутливі до зовнішнього електромагнітного випромінювання. Зазвичай для зменшення перешкод, що з’являються через зовнішні електромагнітні поля, провідники екранують і скручують [1, 4].
Перехресні наведення на ближньому кінці (Near End Cross Talk, NEXT) визначають завадостійкість кабелю до внутрішніх джерел перешкод, коли електромагнітне поле сигналу, переданого виходом передавача по одній парі провідників, наводить на іншу пару провідників сигнал завади. Якщо до другої пари буде підключений приймач, то він може прийняти наведену внутрішню заваду за корисний сигнал. Показник NEXT, виражений у децибелах, дорівнює
10log (Рвих/Рнав),
де Рвих, Рнав потужності вихідного та наведеного сигналу відповідно.
Чим менше значення NEXT, тим кращий кабель. Так, для скрученої пари п’ятої категорії показник NEXT повинен бути менше -27дБ на частоті 100Мгц.
Показник NEXT звичайно використовується до кабелю, що складається з кількох кручених пар, оскільки в цьому випадку взаємонаведення однієї пари на іншу можуть досягати значних величин. Для одинарного коаксіального кабелю цей показник не має сенсу, а для подвійного коаксіального кабелю він також не застосовується внаслідок високого ступеня захищеності кожної жили. Оптичні волокна також не створюють будь-яких помітних перешкод одне одному.
У зв'язку з тим, що в деяких нових технологіях використовується передача даних одночасно по декількох кручених парах, останнім часом став застосовуватися показник PovserSUM, що є модифікацією показника NEXT. Цей показник відбиває сумарну потужність перехресних наведень від усіх передавальних пар у кабелі.
Вірогідність передачі даних характеризує ймовірність спотворення для кожного переданого біта даних. Іноді цей же показник називають інтенсивністю бітових помилок (Bit Error Rate, BER). Величина BER для каналів зв'язку без додаткових засобів захисту від помилок (наприклад, для кодів що самокоректуються або протоколів з повторною передачею перекручених кадрів) складає, як правило, 10-10 10-10, в оптоволоконних ЛЗ: 10-9. Значення вірогідності передачі даних, наприклад, у 104 говорить про те, що в середньому з 104 біт спотворюється значення одного біту. Спотворення біт відбуваються як за рахунок завад на ЛЗ, так і через спотворення форми сигналу обмеженою смугою пропущення лінії. Тому для підвищення вірогідності переданих даних потрібно підвищувати ступінь завадостійкості ЛЗ, знижувати рівень перехресних наведень у кабелі, а також використовувати більш широкополосні ЛЗ [1 4].
Стандарти кабелів
Кабель це досить складний виріб, який складаються з провідників, шарів екрана й ізоляції. У деяких випадках до складу кабелю входять з’єднувачі, за допомогою яких кабелі приєднуються до обладнання. Крім цього, для забезпечення швидкої перекомутації кабелів та обладнання використовуються різні електромеханічні пристрої, які називаються кросовими секціями, кросовими коробками або шафами. В КМ застосовуються кабелі, що задовольняють визначеним стандартам і дозволяють будувати кабельну систему мережі з’єднуючи пристрої різних виробників. Сьогодні найбільш вживаними стандартами у світовій практиці є [1, 4, 17]:
Ці стандарти близькі між собою і за багатьма позиціями, які пред'являються до кабелів. Однак є і розходження між цими стандартами, наприклад, у міжнародний стандарт 11801 і європейський EN50173 увійшли деякі типи кабелів, що відсутні в стандарті EIA/TAI-568A.
До появи стандарту EIA/TIA велику роль грав американський стандарт системи категорій кабелів Underwriters Labs, розроблений разом з компанією Anixter. Пізніше він увійшов до стандарту EIA/TIA-568 [1, 4].
Крім цих відкритих стандартів, багато компаній у свій час розробили свої фірмові стандарти, з яких і досі має практичне значення тільки один стандарт компанії IBM.
При стандартизації кабелів прийнято протокольно-незалежний підхід. Це означає, що в стандарті оговорюються електричні, оптичні і механічні характеристики, яким повинен задовольняти той чи інший тип кабелю чи виробу для сполучення роз’єм, кросова панель тощо. Однак для якого протоколу призначений даний кабель, стандарт не визначає. Тому не можна придбати кабель для протоколу Ethernet чи FDDI, потрібно просто знати, які типи стандартних кабелів підтримують протоколи Ethernet і FDDI.
В ранніх версіях стандартів визначались тільки характеристики кабелів, без з’єднувачів. В останніх версіях стандартів з’явились вимоги до елементів сполучення (документи TSB-36 і TSB-40A, що потім увійшли до стандарту 568А), а також до ліній (каналів), що представляють типову зборку елементів кабельної системи, яка складається зі шнура від робочої станції до розетки, самої розетки, основного кабелю, точки переходу (наприклад, ще однієї розетки або кросового з’єднання) і шнура до активного обладнання, наприклад концентратора або комутатора.
Ми зупинимось тільки на основних вимогах до самих кабелів, не розглядаючи характеристик елементів сполучення і зібраних ліній. У стандартах кабелів обговорюються досить багато характеристик, найважливіші з яких перераховані нижче (перші дві з них уже були досить детально розглянуті).
Приведений перелік характеристик далеко не повний, в ньому представлені тільки електромагнітні характеристики і його потрібно доповнити механічними та конструктивними характеристиками, що визначають тип ізоляції, конструкцію з’єднання і т. д. Крім універсальних характеристик, таких, наприклад, як загасання, що застосовуються для всіх типів кабелів, є характеристики, що застосовуються тільки до визначеного типу кабелю. Наприклад, параметр крок скрутки проводів використовується тільки для характеристики скрученої пари, а параметр NEXT застосовується тільки до багатопарних кабелів на основі скрученої пари [1, 4].
Основна увага в сучасних стандартах приділяється кабелям на основі скрученої пари та волоконно-оптичним кабелям.
Кабелі на основі неекранованої скрученої пари
Мідний неекранований кабель UTP в залежності від електричних і механічних характеристик розділяється на 7 категорій. Кабелі категорій 1 і 2 були визначені в стандарті EIA/TIA-568, але в стандарт 568А вже не увійшли, як застарілі [1, 4, 12].
Кабелі категорії 1 застосовуються там, де вимоги до швидкості передачі мінімальні. Зазвичай це кабель для цифрової та аналогової передачі голосу і низької швидкості (до 20 Кбіт/с) передачі даних. До 1983 року це був основний тип кабелю для телефонного зв’язку.
Кабелі категорії 2 були вперше застосовані фірмою IBM при побудові власної кабельної системи. Головна вимога до кабелів цієї категорії здатність передавати сигнали зі спектром до 1 Мгц.
Кабелі категорії 3 були стандартизовані в 1991 році, коли був розроблений Стандарт телекомунікаційних кабельних систем для комерційних будинків (EIA-568), на основі якого потім був створений діючий стандарт EIA-568A, Стандарт EIA-568 визначив електричні характеристики кабелів категорії 3 для частот у діапазоні до 16 МГц, що підтримують, таким чином, високошвидкісні мережеві додатки. Кабель категорії 3 призначений як для передачі даних, так і для передачі голосу. Крок скрутки проводів дорівнює приблизно 3 витки на 1 фут (30,5 см).
Кабелі категорії 4 це поліпшений варіант кабелів категорії 3, які повинні витримувати тести на частоті передачі сигналу 20 МГц і забезпечувати підвищену завадостійкість і низькі втрати сигналу. Кабелі категорії 4 добре підходять для застосування в системах зі збільшеними відстанями (до 135 метрів) і в мережах Token Ring з пропускною спроможністю 16 Мбіт/с. На практиці використовуються рідко.
Кабелі категорії 5 були спеціально розроблені для підтримки високошвидкісних протоколів. Тому їх характеристики визначаються в діапазоні до 100 Мгц. Більшість нових високошвидкісних стандартів орієнтуються на використання скрученої пари категорії 5. На цьому кабелі працюють протоколи зі швидкістю передачі даних 100 Мбіт/с FDDI (з фізичним стандартом TP-PMD), Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, а також більш швидкісні протоколи ATM на швидкості 155Мбіт/с, і Gigabit Ethernet на швидкості 1000Мбіт/с (варіант Gigabit Ethernet на скручений парі категорії 5 став стандартом у червні 1999 р.). Кабель категорії 5 прийшов на заміну кабелю категорії 3, і сьогодні всі нові кабельні системи великих будинків будуються саме на цьому типі кабелю (разом з волоконно-оптичним).
Найважливіші електромагнітні характеристики кабелю категорії 5 мають такі значення:
Всі кабелі UTP незалежно від категорії випускаються в 4-парному виконанні. Кожна з чотирьох пар кабелю має визначений колір і крок скрутки. Зазвичай дві пари призначені для передачі даних, а дві для передачі голосу.
Для з’єднання кабелів з обладнанням використовуються вилки і розетки RJ-45, які є 8-контактними роз’ємами.
Особливе місце займають кабелі категорій 6 і 7. Для кабелю категорії 6 характеристики визначаються до частоти 200 Мгц, а для кабелів категорії 7 до 600 700 Мгц. Кабелі категорії 7 обов'язково екрануються, причому як кожна пара, так і весь кабель в цілому. Кабель категорії 6 може бути як екранованим, так і неекранованим. Основне призначення цих кабелів підтримка високошвидкісних протоколів на відрізках кабелю більшої довжини, чим кабель UTP категорії 5. Деякі фахівці сумніваються в необхідності застосування кабелів категорії 7, оскільки вартість кабельної системи при їх використанні виходить порівняною з вартістю мережі на основі волоконно-оптичних кабелів, а характеристики кабелів на основі оптичних волокон кращі.
Кабелі на основі екранованої кручений пари
Екранована кручена пари STP добре захищає сигнали від зовнішніх завад, а також менше випромінює електромагнітних коливань назовні, що захищає, у свою чергу, користувачів мереж від шкідливого для здоров’я випромінювання. Наявність екрана, що заземлюється, підвищує вартість кабеля та ускладнює його прокладку, оскільки вимагає виконання якісного заземлення. Екранований кабель застосовується тільки для передачі даних, а голос по ньому не передають [1, 4].
Основним стандартом, що визначає параметри екранованої скрученої пари є стандарт IBM. У цьому стандарті кабелі поділяються не на категорії, а на типи: Type 1, Type 2, ... , Type 9.
Основним типом екранованого кабелю є кабель Type 1 стандарту IBM. Він складається з 2-х пар скручених проводів, екранованих провідною опліткою, яка заземляється. Електричні параметри кабелю Type 1 приблизно відповідають параметрам кабелю UTP категорії 5. Однак хвильовий опір кабелю Type 1 дорівнює 150 Ом (UTP категорії 5 має хвильовий опір 100 Ом), тому простого „поліпшення” кабельної проводки мережі шляхом заміни неекранованої пари UTP на STP Type 1 неможливо. Трансивери, розраховані на роботу з кабелем, що має хвильовий опір 100 Ом, будуть погано працювати на хвильовому опорі 150 Ом. Тому при використанні STP Type 1 необхідні відповідні трансивери. Такі трансивери є у мережевих адаптерах Token Ring, оскільки що ці мережі розроблялись для роботи на екранованій скрученій парі. Деякі інші стандарти також підтримують кабель STP Type 1 наприклад, l00VG-AnyLAN та Fast Ethernet (хоча основним типом кабелю для Fast Ethernet є UTP категорії 5). У випадку якщо технологія може використовувати UTP і STP, потрібно дізнатись, на який тип кабелю розраховані трансивери. Сьогодні кабель STP Type 1 включений у стандарти EIA/TIA-568A, ISO 11801 і EN50173, тобто придбав міжнародний статус.
Екрановані скручені пари використовуються також у кабелі IBM Type 2, що представляє кабель Type 1 з додатковими двома парами неекранованого проводу для передачі голосу.
Для приєднання екранованих кабелів до обладнання використовуються роз’єми конструкції IBM.
Не всі типи кабелів стандарту IBM відносяться до екранованих кабелів деякі визначають характеристики неекранованого телефонного кабелю (Type 3) і опто-волоконного кабеля (Type 5).
Волоконно-оптичні кабелі
Волоконно-оптичні кабелі складаються з центрального провідника світла (серцевини) – скляного волокна, оточеного іншим шаром скла (оболонкою), що володіє меншим показником переломлення, чим серцевина. Розповсюджуючись по серцевині, промені світла не виходять за її межі, відбиваючись шару оболонки, що її покриває. В залежності від розподілу показника переломлення і від величини діаметра серцевини розрізняють [1, 4, 17]:
Поняття “мода” описує режим поширення світлових променів у внутрішній серцевині кабелю. В одномодовому кабелі (Single Mode Fiber, SMF) використовується центральний провідник дуже малого діаметра, порівняного з довжиною хвилі світла – від 5 до 10 мкм. При цьому практично всі промені світла розповсюджуються уздовж оптичної осі світловода, не відбиваючись від зовнішнього провідника. Смуга пропущення одномодового кабелю дуже широка – до сотень гігагерц на кілометр. Виготовлення тонких якісних волокон для одномодового кабелю представляє складний технологічний процес, що робить одномодовий кабель досить дорогим. Крім того, у волокно такого маленького діаметра досить складно направити пучок світла, не втративши при цьому значну частину його енергії.
|
Рисунок 2 – Розповсюдження світла в оптичних кабелях |
У багатомодових кабелях (Мulti Mode Fiber, MMF) використовуються внутрішні серцевини більшого діаметру, які легше виготовити технологічно. У стандартах визначені два найвживаніши багатомодових кабелі: 62,5/125 мкм і 50/125 мкм, де 62,5 мкм та 50 мкм – це діаметр центрального провідника, а 125 мкм – діаметр зовнішнього провідника.
У багатомодових кабелях у внутрішньому провіднику одночасно є кілька світлових променів, що відбиваються від зовнішнього провідника під різними кутами. Кут відображення променя називається модою променя. У багатомодових кабелях з плавною зміною коефіцієнта переломлення режим поширення кожної моди має більш складний характер.
Багатомодові кабелі мають більш вузьку смугу пропущення - від 500 до 800 МГц/км. Звуження смуги відбувається через втрати світлової енергії при відбитті, а також внаслідок інтерференції променів різних мод.
Як джерела випромінювання світла у волоконно-оптичних кабелях застосовуються:
Для одномодових кабелів застосовуються тільки напівпровідникові лазери, оскільки при такому малому діаметрі оптичного волокна світловий потік, який створюється світлодіодом, неможливо без значних втрат направити у волокно. Для багатомодових кабелів використовуються дешевші світлодіодові випромінювачі.
Для передачі інформації застосовується світло з довжиною хвилі 1550 нм, 1300 нм та 850 нм. Світлодіоди можуть випромінювати світло з довжиною хвилі 850 нм і 1300 нм. Випромінювачі з довжиною хвилі 850 нм істотно дешевше, ніж випромінювачі з довжиною хвилі 1300 нм, але смуга пропускання кабелю для хвиль 850 нм дорівнюватиме 200 МГц/км замість 500 МГц/км. Лазерні випромінювачі працюють на довжинах хвиль 1300 і 1550 нм. Швидкодія сучасних лазерів дозволяє модулювати світловий потік з частотами 10 ГГц і вище. Лазерні випромінювачі створюють когерентний потік світла, за рахунок чого втрати в оптичних волокнах стають менші, ніж при використанні некогерентного потоку світлодіодів.
Використання тільки декількох довжин хвиль для передачі інформації в оптичних волокнах пов’язано з особливістю їх АЧХ. Саме для цих дискретних довжин хвиль спостерігаються яскраво виражені максимуми передачі потужності сигналу, а для інших хвиль загасання у волокнах істотно вище.
Волоконно-оптичні кабелі приєднують до обладнання роз’ємами MIC, ST і SC.
Волоконно-оптичні кабелі мають відмінні характеристики всіх типів: електромагнітними, механічними (добре гнуться, а у відповідній ізоляції володіють гарною механічною міцністю). Однак у них є один серйозний недолік – складність з’єднання волокон з роз’ємами і між собою при необхідності нарощування довжини кабелю. Вартість волоконно-оптичних кабелів ненабагато перевищує вартість кабелів на основі скрученої пари, однак проведення монтажних робіт з оптичним волокном обходиться набагато дорожче через трудомісткість операцій і високої вартості застосовуваного монтажного обладнання. Так, приєднання оптичного волокна до роз’єму вимагає проведення високоточної обрізки волокна в площині строго перпендикулярній осі волокна, а також виконання з’єднання шляхом складної операції склеювання, а не обтиснення, як це робиться для скрученої пари. Виконання ж неякісних з’єднань відразу різко звужує смугу пропущення волоконно-оптичних кабелів.
Коаксіальні кабелі
Є велика кількість типів коаксіальних кабелів, які використовуються у мережах різного типу телефонних, телевізійних і комп’ютерних. Нижче приводяться основні типи і характеристики цих кабелів.
Обтиск скрученої пари
Для під’єднання кабеля до пристроїв використовується RJ-45 конектор. Необхідно звертати увагу на тип конектора: він повинен відповідати типу кабелю. Існують два типи конекторів RJ-45 для щільного кабелю і м'якого скрученого кабелю. Вико ристовуйте правильний конектор, щоб уникнути проблем при обтиску і подальшому використовуванні кабелю.
Обтисковий інструмент. Модель інструменту повинна мати пару ножиць для різання кабелю і леза для зняття ізоляції, також не зайвим є можливість обтиску конекторів RJ-11 (рис. 3).
Нагадаємо, що, що звичайно в комп'ютерних мережах вико ристовуються такі типи мережевого кабелю — Crossover ("нуль-хабний") і Straight-through (пря мий).
Відрізняються вони схемою обтиску кінців кабелю. Так, в пря мому кабелі обидва кінці обтискуються згідно одного й того ж стандарту EIA/TIA-568В або EIA/TIA-568А. Тобто, сигнал передаєть ся з одного кінця на іншій, а саме з 1-го контакту на 1, 2-2, 3-3, і т.д. В Crossover-кабелі – один кінець обтискується згідно стандарту EIA/TIA-568А, а інший — EIA/TIA-568В. Стандарти відрізняються тим, що помаранчева та зелена пари міняються місцями. Деталь ніше схема обтиску наведена нижче.
Вибір типу кабелю залежить від того, які мережні пристрої з’єднує кабель. Так всі мережні пристрої можна умовно поділити на три категорії:
Пристрої одного рівня з’єднуються між собою Crossover-кабелем, а різних рівнів — прямим. Так, для з’єднання комп’ютер—концентратор, комп’ютер—комутатор, комп’ютер—маршрутизатор, комп'ютер—DSL/ISDN/кабельний модем, а також маршрутизатор—концентратор або маршрутизатор—комутатор слід вико рис товувати прямий кабель. Для з’єднання комп’ютер—комп’ютер напряму, кон центратор—концентратор або концентратор—комутатор слід вико ристо ву вати Crossover-кабель.
Тепер розкладемо проводки (жили) зліва направо в потрібній послідовності. Є відповідний стандарт, встановлений Telecommunications Industry Association (TIA). Він називаєть ся EIA/TIA-568 Commercial Building Telecommunications Wiring Standard.
Рис. 6. Правильно обтиснутий кабель
Існує третій вид кабелю скрученої пари — rollover.
Консольний кабель (rollover) — використовується між термі налом і консольним портом комутатора або маршрутизатора. При значений для настроювання та конфігурування відповідних при строїв. Hа його кінцях також використовуються роз’єми RJ-45. Для нього характерне те, що другий кінець кабелю обтискується дзер кально по відношенню до першого:
1 — 8
2 — 7
3 — 6
4 — 5
5 — 4
6 — 3
7 — 2
8 — 1