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
PAGE 20
Лекционный курс в 9 семестре для специальности 7.091501
Среды передачи данных разбиваются на две категории.
Кабельная среда передачи (носитель) с центральным проводником, заключенным в пластиковую оболочку. Кабели широко используются в небольших локальных сетях. Кабель обычно передает сигналы в нижней части электромагнитного спектра, что представляет собой обычный электрический ток и, иногда, радиоволны.
Беспроводная среда передачи данных предполагает использование более высоких частот электромагнитного спектра. Это радиоволны, микроволны и инфракрасные лучи. Такая среда необходима для мобильных компьютеров или сетей, передающих данные на большие расстояния. Обычно она применяется в сетях предприятий и в глобальных сетях. (В сотовом телефоне для передачи сигнала применяется микроволновый сигнал).
В сетях, охватывающих несколько географических пунктов, часто используется комбинация кабельной и беспроводной среды передачи данных.
Каждый тип среды передачи информации имеет определенные характеристики, которые делают его подходящим для конкретных видов сетей. При выборе оптимального типа носителя следует знать следующие характеристики среды передачи данных:
Рассмотрим влияние на сеть перечисленных факторов и специфику функционирования каждой сетевой среды передачи данных.
Инсталляция каждой сети имеет свои особенности, и Вам предстоит найти наиболее приемлемое жизнеспособное решение. При этом следует учитывать реальные нужды. Например, волоконно-оптический кабель обеспечивает высокую скорость передачи данных, но, возможно, такая производительность вам не нужна.
Сложность установки
Сложность установки зависит от конкретной ситуации, но можно провести некоторое обобщенное сопоставление сред передачи данных. Одни типы носителей устанавливаются с помощью простых инструментов и не требуют большой подготовки, другие нуждаются в длительном обучении сотрудников, и их установку лучше предоставить профессионалам. Например, кабель типа «неэкранированная витая пара» прост в установке, а для прокладки волоконно-оптического кабеля нужна профессиональная квалификация. Для соединения двух сегментов такого кабеля понадобится электрическая сварка или химический процесс с применением эпоксидных смол.
Большая полоса пропускания обычно повышает возможности передачи сигналов и производительность сети. На полосу частот кабеля влияют также методы передачи сигналов.
Если сигнал становится слишком слабым, в нем трудно отличить 1 от 0, и в коммуникационном канале возникают ошибки. Из-за затухания и рассеяния необходимо очень внимательно контролировать длину сетевого кабеля, чтобы она не превышала максимальной длины, рекомендуемой для данного типа кабеля. Превышение такого ограничения может привести к ошибкам или отказу сети.
Родственной проблемой является возможность перехвата сигнала, особенно если в сети необходима высокая степень зашиты данных от несанкционированного прослушивания. Те же характеристики кабеля, которые препятствуют влиянию внешних помех на полезный сигнал, затрудняют внешнее (без «перекусывания» кабеля) обнаружение передаваемого сигнала. Таким образом, если Вам нужен кабель, относительно неуязвимый в смысле перехвата данных, обратите внимание на тот, который устойчив к EMI.
В качестве среды передачи данных в электронной связи можно использовать:
На сегодняшний день подавляющая часть компьютерных сетей использует для соединения в большинстве случаев провода или кабели. Существуют различные типы кабелей, которые удовлетворяют потребности всевозможных сетей, от малых до больших. В широком ассортименте кабелей нетрудно запутаться. Так, фирма Belden, ведущий производитель кабелей, публикует каталог, где предлагает более 2200 их типов. К счастью, в большинстве сетей применяются только три основные группы кабелей:
Каждый тип кабеля имеет свои преимущества и недостатки, так что при выборе типа кабеля надо учитывать как особенности решаемой задачи, так и особенности конкретной сети, в том числе и используемую топологию. В настоящее время действует стандарт на кабели EIA/TIA 568 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard), принятый в 1995 году и заменивший все действовавшие ранее фирменные стандарты.
1.1.2. Кабели на основе витых пар
Витые пары проводов используются в самых дешевых и на сегодняшний день, пожалуй, самых популярных кабелях. Кабель на основе витых пар представляет собой несколько пар скрученных изолированных медных проводов в единой диэлектрической (пластиковой) оболочке. Он довольно гибкий и удобный для прокладки.
Обычно в кабель входит две витые пары или четыре витые пары.
Неэкранированные витые пары характеризуются слабой защищенностью от внешних электромагнитных помех, а также слабой защищенностью от подслушивания с целью, например, промышленного шпионажа. Перехват передаваемой информации возможен как с помощью контактного метода (посредством двух иголочек, воткнутых в кабель), так и с помощью бесконтактного метода, сводящегося к радиоперехвату излучаемых кабелем электромагнитных полей. Для устранения этих недостатков применяется экранирование.
В случае экранированной витой пары STP каждая из витых пар помещается в металлическую оплетку-экран для уменьшения излучений кабеля, защиты от внешних электромагнитных помех и снижения взаимного влияния пар проводов друг на друга (crosstalk - перекрестные наводки). Естественно, экранированная витая пара гораздо дороже, чем неэкранированная, а при ее использовании необходимо применять и специальные экранированные разъемы, поэтому встречается она значительно реже, чем неэкранированная витая пара.
Основные достоинства неэкранированных витых пар - простота монтажа разъемов на концах кабеля, а также простота ремонта любых повреждений по сравнению с другими типами кабеля. Все остальные характеристики у них хуже, чем у других кабелей. Например, при заданной скорости передачи затухание сигнала (уменьшение его уровня по мере прохождения по кабелю) у них больше, чем у коаксиальных кабелей. Если учесть еще низкую помехозащищенность, то становится понятным, почему линии связи на основе витых пар, как правило, довольно короткие (обычно в пределах 100 метров). В настоящее время, витая пара используется для передачи информации на скоростях до 100 Мбит/с и ведутся работы по повышению скорости передачи до 1000 Мбит/с.
Согласно стандарту EIA/TIA 568, существуют пять категорий кабелей на основе неэкранированной витой пары (UTP):
Согласно стандарту EIA/TIA 568, полное волновое сопротивление наиболее совершенных кабелей категорий 3, 4 и 5 должно составлять 100 Ом ± 15% в частотном диапазоне от частоты 1 МГц до максимальной частоты кабеля. Как видим, требования не очень жесткие: величина волнового сопротивления может находиться в диапазоне от 85 до 115 Ом. Здесь же отметим, что волновое сопротивление экранированной витой пары STP должно быть по стандарту равно 150 Ом ± 15%. Для согласования импедансов кабеля и оборудования в случае их несовпадения применяют согласующие трансформаторы (Balun). Встречается также экранированная витая пара с волновым сопротивлением 100 Ом, но довольно редко.
Второй важнейший параметр, задаваемый стандартом, - это максимальное затухание сигнала, передаваемого по кабелю, на разных частотах. В таблице 1.1 приведены предельные значения величины затухания для кабелей категорий 3, 4 и 5 для расстояния 1000 футов (305 метров) при нормальной температуре окружающей среды 20°С.
Таблица 1.1 - Максимальное затухание в кабелях
|
Частота, МГц |
Максимальное затухание, дБ |
||
|
Категория 3 |
Категория 4 |
Категория 5 |
|
|
0,064 0,256 0,512 0,772 1,0 4,0 8,0 10,0 16,0 20,0 25,0 31,25 62,5 100 |
2,8 4,0 5,6 6,8 7,8 17 26 30 40 |
2,3 3,4 4,6 5,7 6,5 13 19 22 27 31 |
2,2 3,2 4,5 5,5 6,3 13 18 20 25 28 32 36 52 67 |
Из таблицы видно, что величины затухания на частотах близких к предельным, для всех кабелей очень значительны, то есть даже на небольших расстояниях сигнал ослабляется в десятки и сотни раз, что предъявляет высокие требования к приемникам сигнала.
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. В таблице 1.2 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.
Таблица 1. 2 - Допустимые уровни перекрестных наводок
|
Частота, МГц |
Перекрестная наводка на ближнем конце, дБ |
||
|
Категория 3 |
Категория 4 |
Категория 5 |
|
|
0,150 0,772 1,0 4,0 8,0 10,0 16,0 20,0 25,0 31,25 62,5 100,0 |
-54 -43 -41 -32 -28 -26 -23 |
-68 -58 -56 -47 -42 -41 -38 -36 |
-74 -64 -62 -53 -48 -47 -44 -42 -41 -40 -35 -32 |
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 всем известные 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, 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:
1) кабель в поливинилхлоридной (ПВХ, PVC) оболочке дешевле и предназначен для работы кабеля в сравнительно комфортных условиях эксплуатации;
2) кабель в тефлоновой оболочке дороже и предназначен для более жестких условий эксплуатации.
Кабель в ПВХ-оболочке называется еще non-plenum, а кабель в тефлоновой оболочке — plenum. Термин plenum обозначает здесь пространство под фальшполом и над подвесным потолком, где очень 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 горении так много ядовитых газов.
Еще один важный параметр любого кабеля, который жестко не определяется стандартом, но может существенно повлиять на работоспособность сети, — это скорость распространения сигнала в кабеле, то есть 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:
t=l/(3 • 1010 • NVP),
где t — величина задержки на метр длины кабеля в наносекундах. Например, если NVP=0,65 (65% от скорости света), то задержка t будет равна 5,13 нс/м. Типичная величина задержки большинства современных кабелей составляет около 5 нс/м.
Таблица 1. 3 - Временные характеристики некоторых кабелей
|
Фирма |
Марка |
Категория |
Оболочка |
NVP |
Задержка |
|
T&T |
1010 |
3 |
non-plenum |
0,67 |
4,98 |
|
AT&T |
1041 |
4 |
non-plenum |
0,70 |
4,76 |
|
AT&T |
1061 |
5 |
non-plenum |
0,70 |
4,76 |
|
AT&T |
2010 |
3 |
Plenum |
0,70 |
4,76 |
|
AT&T |
2041 |
4 |
plenum |
0,75 |
4,44 |
|
AT&T |
2061 |
5 |
Plenum |
0,75 |
4,44 |
|
Belden |
1229А |
3 |
non-plenum |
0,69 |
4,83 |
|
Belden |
1455А |
4 |
non-plenum |
0,72 |
4,63 |
|
Belden |
1583А |
5 |
non-plenum |
0,72 |
4,63 |
|
Belden |
1245А2 |
3 |
plenum |
0,69 |
4,83 |
|
Belden |
1457А |
4 |
plenum |
0,75 |
4,44 |
|
Belden |
1585А |
5 |
plenum |
0,75 |
4,44 |
В таблице 1.3 приведены величины NVP и задержек на метр длины (в наносекундах) для некоторых типов кабеля двух самых известных фирм-производителей AT&T и Belden.
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.
Стоимость в расчете на место
Стоимость кабеля типа «неэкранированная витая пара» категории 5 в расчете на место (на рабочую станцию) составляет около $100. Другой тип UTP в новых инсталляциях применять не следует. Если мешают радионаводки, лучше выбрать волоконно-оптический кабель, а не экранированную витую пару.
Ограничения по расстоянию
Общая длина кабеля UTP категории 5 ограничивается 100 м. Длина кабеля между стенной кабельной розеткой и коммутационной панелью в компьютерном зале не должна превышать 80 м.
Другие ограничения
Кабель UTP категории 5 подвержен влиянию помех от источников, генерирующих электромагнитные волны, например, от электродвигателей, люминесцентных ламп и телефонных аппаратов с механическим звонком. В среде с высоким уровнем помех лучше применять волоконно-оптический кабель.
Полоса пропускания
Максимальная полоса пропускания кабеля UTP категории 5 составляет 100 МГц. Поскольку многие системы передачи данных позволяют упаковывать в одном цикле несколько битов, достижимы более высокие скорости передачи данных.
Из-за чувствительности к электромагнитным помехам и перекрестным наводкам использование стандартов, реализующих скорость передачи 100 Мбит/с (таких, как Fast Ethernet и АТМ-155), может вызвать определенные трудности. Если необходимо применение протоколов на 100 Мбит/с (или более быстрых) на расстоянии свыше 75 м, лучше использовать многомодовый волоконно-оптический кабель.
1.1.3. Коаксиальные кабели
Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального провода и металлической оплетки, разделенных между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и помещенных в общую внешнюю оболочку.
Коаксиальный кабель до недавнего времени был распространен наиболее широко, что связано с его высокой помехозащищенностью (благодаря металлической оплетке), а также более высокими, чем в случае витой пары, допустимыми скоростями передачи данных (до 500 Мбит/с) и большими допустимыми расстояниями передачи (до километра и выше). К нему труднее механически подключиться для несанкционированного прослушивания сети, он также дает 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 по сравнению с кабелем на основе витых пар). Сложнее и установка разъемов на концах кабеля. Поэтому его сейчас применяют реже, чем витую пару.
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, то есть их сопротивление должно быть равно волновому сопротивлению кабеля. Например, если используется 50-омньхй кабель, для него подходят только 50-омные терминаторы.
Реже коаксиальные кабели применяются в сетях с топологией «звезда» и «пассивная звезда» (например, 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 (например, RG-58, RG-11) и 93-омные кабели (например, RG-62). 75-омные кабели, распространенные в телевизионной технике, в локальных сетях не используются. Вообще, марок коаксиального кабеля значительно меньше, чем кабелей на основе витых пар. 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:
1) тонкий (thin) кабель, имеющий диаметр около 0,5 см, более гибкий;
2) толстый (thick) кабель, имеющий диаметр около 1 см, значительно более жесткий. Он представляет собой классический вариант коаксиального кабеля, который уже почти полностью вытеснен более современным тонким кабелем.
Тонкий кабель используется для передачи на меньшие расстояния, чем толстый, так как в нем сигнал 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 ее окраске (например, для кабеля PVC 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. Новые стандарты на кабельные системы уже не включают его в перечень типов кабелей.
Стоимость в расчете на место
Тонкий коаксиальный кабель имеет более низкую цену в расчете на рабочую станцию — около $25. Можно приобрести эти кабели с уже подключенными разъемами. Проложить такие кабели сможет любой — они просто соединяются цепочкой от компьютера к компьютеру.
Прокладка толстого коаксиального кабеля обычно стоит порядка $50 на станцию. Кроме того, для каждой станции потребуются трансиверы (это около $100).
Ограничений по расстоянию
Общая длина шины на тонком коаксиальном кабеле ограничена 185 м. Толстый коаксиальный кабель имеет общее ограничение в 500 м (в структурах без повторителей).
Другие ограничения
Из-за шинной топологии маршрут прокладки кабеля должен соответствовать местоположению компьютеров. По этой причине добавление к сети новых машин в других местах, не находящихся рядом с проложенным кабелем, может вызвать трудности и стоить дорого.
Полоса пропускания
Полезная полоса пропускания коаксиального кабеля составляет 10 Мбит/с (это скорость Ethernet). Другие популярные сетевые стандарты не позволяют применять коаксиальный кабель. Между тем теоретическое ограничение для него достигает 550 МГц при соединении «точка-точка».
1.1.4. Оптоволоконные кабели
Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель - это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент - это прозрачнее стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.
Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля, только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром порядка 1-10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции - стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае мы имеем дело с режимом так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется, однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).
Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам этот сигнал принципиально не порождает внешних электромагнитных излучений. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как это требует нарушения целостности кабеля. Теоретически возможная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 10 Гц, что несравнимо выше, чем у любых электрических кабелей. Стоимость оптоволоконного кабеля постоянно снижается. Однако в данном случае необходимо применение специальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно, что порой существенно увеличивает стоимость сети в целом.
Типичная величина затухания сигнала в оптоволоконных кабелях на частотах, используемых в локальных сетях, составляет около 5 дБ/км. Но в случае оптоволоконного кабеля при росте частоты передаваемого сигнала затухание увеличивается очень незначительно, и на больших частотах (особенно свыше 200 МГц) его преимущества перед электрическим кабелем неоспоримы, он просто не имеет конкурентов.
Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки.
Самый главный из них - высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). Для установки разъемов применяют сварку или склеивание с помощью специального геля, имеющего такой же коэффициент преломления света, что и стекловолокно. В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа.
Хотя оптоволоконные кабели и допускают разветвление сигналов (для этого выпускаются специальные разветвители на 2 - 8 каналов), как правило, их используют для передачи данных только в одном направлении, между одним передатчиком и одним приемником. Ведь любое разветвление неизбежно сильно ослабляет световой сигнал, и если разветвлений будет много, то свет может просто не дойти до конца сети.
Оптоволоконный кабель менее прочен, чем электрический, и менее гибкий (типичная величина допустимого радиуса изгиба составляет около 10-20 см). Чувствителен он и к ионизирующим излучениям, из-за которых снижается прозрачность стекловолокна, то есть увеличивается затухание сигнала. Чувствителен он также к резким перепадам температуры, в результате которых стекловолокно может треснуть. В настоящее время выпускаются оптические кабели из радиационно стойкого стекла (стоят они, естественно, дороже).
Оптоволоконные кабели чувствительны также к механическим воздействиям (удары, ультразвук) - так называемый микрофонный эффект. Для его уменьшения используют мягкие звукопоглощающие оболочки.
Применяют оптоволоконный кабель только в сетях с топологией «звезда» и «кольцо». Никаких проблем согласования и заземления в данном случае не существует. Кабель обеспечивает идеальную гальваническую развязку компьютеров сети. В будущем этот тип кабеля, вероятно, вытеснит электрические кабели всех типов или, во всяком случае, сильно потеснит их. Запасы меди на планете истощаются, а сырья для производства стекла более чем достаточно.
Существуют два различных типа оптоволоконных кабелей:
1) многомодовый, или мультимодовый, кабель, более дешевый, но менее качественный;
2) одномодовый кабель, более дорогой, но имеющий лучшие характеристики.
Основные различия между этими типами связаны с разными режимами прохождения световых лучей в кабеле.
В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего все они достигают приемника одновременно, и форма сигнала практически не искажается. Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующие свет исключительно с требуемой длиной волны. Такие приемопередатчики пока еще сравнительно дороги и не слишком долговечны. Однако в перспективе одномодовый кабель должен стать основным благодаря своим прекрасным характеристикам.
В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный разброс, в результате чего форма сигнала на приемном конце кабеля искажается. Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки - 125 мкм (это иногда обозначается как 62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравнению с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабеле равна 0,85 мкм. Допустимая длина кабеля достигает 2-5 км. В настоящее время многомодовый кабель - основной тип оптоволоконного кабеля, так как он дешевле и доступнее.
Задержка распространения сигнала в оптоволоконном кабеле не сильно отличается от задержки в электрических кабелях. Типичная величина задержки для наиболее распространенных кабелей составляет 4-5 нс/м.
Стоимость в расчете на рабочее место
Волоконно-оптический кабель всегда следует применять в звездообразной архитектуре, и будущие коммутируемые сети смогут использовать его преимущества. При применении многомодового волоконно-оптического кабеля затраты в расчете на станцию составляют $250.
Ограничения по расстоянию
В Ethernet 10Base FL расстояние многомодового волоконно-оптического кабеля ограничивается 2000 м, а при использовании Fast Ethernet 100BaseF — 400 м. Оба ограничения связаны с временными характеристиками Ethernet, а не со свойствами самого кабеля. Предел пропускной способности для современных волоконно-оптических кабелей составляет 622 Мбит/с на расстоянии 1000 м. При каждом сокращении длины кабеля вдвое его полоса пропускания удваивается.
Другие ограничения
Поскольку волоконно-оптический кабель не подвержен влиянию электромагнитных помех, и перехватить передаваемую по нему информацию практически невозможно, ограничений здесь немного. Кроме того, поскольку оптический кабель не находится под напряжением, он пожаробезопасен и не влияет на работу других устройств в здании. Между тем при установке работать с волоконно-оптическим кабелем нужно очень аккуратно. Не следует слишком сильно изгибать его (существует допустимый радиус изгиба) или обходить прямые углы без направляющих. В противном случае кабель будет терять свет и способность передавать данные.
Полоса пропускания
Полезная полоса пропускания волоконно-оптического кабеля зависит от используемого сетевого стандарта. Одномодовый волоконно-оптический кабель способен передавать любой сетевой сигнал с любой скоростью, а многомодовый справляется со всеми существующими сетевыми сигналами в пределах здания.
Штекеры и разъемы
Хотя для волоконно-оптического кабеля существует несколько типов разъемов, для инсталляции сети следует выбрать один из двух типов: ST или SC. В большинстве сетевых устройств применяются разъемы ST. Между тем такие разъемы трудно соединять и разъединять, и они довольно громоздки. По этой причине более популярным становится разъем SC.
1.1.5. Бескабельные каналы связи
Кроме кабельных, в компьютерных сетях иногда используются также бескабельные каналы. Их главное преимущество состоит в том, что не требуется никакой прокладки проводов (не надо делать отверстий в стенах, не надо закреплять кабель в трубах и желобах, прокладывать его под фальшполами, над подвесными потолками или в вентиляционных шахтах, не надо искать и устранять повреждения кабеля). К тому же компьютеры сети можно в этом случае легко перемещать в пределах комнаты или здания, так как они ни к чему не привязаны.
Радиоканал использует передачу информации с использованием радиоволн, поэтому он может обеспечить связь на многие десятки, сотни и даже тысячи километров. Скорость передачи может достигать десятков мегабит в секунду (здесь многое зависит от выбранной длины волны и способа кодирования). Однако в локальных сетях радиоканал не получил широкого распространения из-за довольно высокой стоимости передающих и приемных устройств, низкой помехозащищенности, полного отсутствия секретности передаваемой информации и низкой надежности связи. А вот для глобальных сетей радиоканал часто является единственно возможным решением, так как позволяет с помощью спутников-ретрансляторов сравнительно просто обеспечить связь со всем миром. Используют радиоканал и для связи двух и более локальных сетей, находящихся далеко друг от друга, в единую сеть.
Существует несколько стандартных типов радиопередачи информации. Остановимся на двух из них.
1. Передача в узком спектре (или одночастотная передача) рассчитана на охват площади до 46 500 м2. Радиосигнал в данном случае не проникает через металлические и железобетонные преграды, поэтому даже в пределах одного здания могут быть серьезные проблемы со связью. Связь в данном случае относительно медленная (около 4,8 Мбит/с).
2. Передача в рассеянном спектре для преодоления недостатков одночастотной передачи предполагает использование некоторой полосы частот, разделенной на каналы. Все абоненты сети через определенный временной интервал синхронно переходят на следующий канал. Для повышения секретности используется специальное кодирование информации. Скорость передачи при этом невысока - не более 2 Мбит/с, расстояние между абонентами - не более 3,2 км на открытом пространстве и не более 120м внутри здания.
Кроме указанных типов, существуют и другие радиоканалы, например сотовые сети, строящиеся по тем же принципам, что и сотовые телефонные сети (они используют равномерно распределенные по площади ретрансляторы), а также микроволновые сети, применяющие узконаправленную передачу между наземными объектами или между спутником и наземной станцией.
Инфракрасный канал также не требует соединительных проводов, так как использует для связи инфракрасное излучение (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. Правда, в данном случае требуется довольно высокая мощность передачи, чтобы не влияли никакие другие источники теплового (инфракрасного) излучения. Плохо работает инфракрасная связь и в условиях сильной запыленности воздуха.
Предельные скорости передачи информации по инфракрасному каналу не превышают 5-10 Мбит/с. Секретность передаваемой информации, как и в случае радиоканала, также не достигается. Как и в случае радиоканала, требуются сравнительно дорогие приемники и передатчики. Все это приводит к тому, что применяют инфракрасные каналы довольно редко.
Инфракрасные каналы делятся на две группы:
1. Каналы прямой видимости, в которых связь осуществляется на лучах, идущих непосредственно от передатчика к приемнику. При этом связь возможна только при отсутствии препятствий между компьютерами сети. Протяженность канала прямой видимости может достигать нескольких километров.
2. Каналы на рассеянном излучении, которые работают на сигналах, отраженных от стен, потолка, пола и других препятствий. Препятствия в данном случае не страшны, но связь может осуществляться только в пределах одного помещения.
Если говорить о возможных топологиях, то наиболее естественно все беспроводные каналы связи подходят для топологии типа «шина», в которой информация передается одновременно всем абонентам. Но в принципе при организации узконаправленной передачи можно реализовать любые топологии (кольцо, звезда, комбинированные топологии) как на радиоканале, так и на инфракрасном канале.
Таблица 1.4 - Беспроводные сетевые решения
|
Частота |
Характеристики и рекомендации |
|
900 МГц с передачей сигнала в широком спектре |
Такие решения обычно обеспечивают полосу пропускания 2 Мбит/с на расстоянии в 5000 м. Эти радиосети функционируют во многом аналогично сотовым телефонам и не требуют расположения передатчика и приемника в зоне прямой видимости. Стоимость их составляет, как правило, около $5000 на станцию. |
|
2.4 ГГц с передачей сигнала в широком спектре |
Использование диапазона 2.4 ГГц лицензируется FCС, и в настоящее время планируется выпуск устройств, которые будут работать в данном диапазоне. |
|
6 ГГц с передачей сигнала в широком спектре |
Решения в диапазоне 5.8 ГГц обеспечивают передачу данных со скоростью около 6 Мбит/с на расстояние до 244 м. Эти устройства потребляют мало электроэнергии и обеспечивают большую пропускную способность, чем 900 МГц-варианты, но не подходят для связи на значительные расстояния. Стоимость составляет около $1000 на станцию. |
|
Микроволновая передача на частоте 23 ГГц |
Микроволновая передача на частоте 23 ГГц обладает среди беспроводных решений наилучшими характеристиками в плане производительности и расстояния. Такие решения реализуются по схеме "точка-точка", а приемник и передатчик должны находиться в зоне прямой видимости. Они позволяют передавать данные со скоростью 6 Мбит/с на расстояние до 50 км, но очень подвержены влиянию погоды и достаточно дороги. Стоимость в расчете на станцию составляет обычно $15000. |
Таблица 1.5 - Инфракрасные коммуникации с использованием LED и лазерных диодов
|
Тип |
Характеристики и рекомендации |
|
Коммуникации на основе LED внутри здания на короткие расстояния |
Такие решения функционируют с полной скоростью Ethernet и стоят около $400 в расчете на станцию. Подобные устройства обычно реализуются как центральный концентратор инфракрасной связи, монтируемый на потолке и охватывающий все помещение. |
|
Коммуникации на основе LED внутри здания на средние расстояния |
Подобные решения также функционируют с полной скоростью Ethernet е или Token Ring и стоят около $5000 на станцию. Эти устройства направлены друг на друга, используют сильно сфокусированное излучение, а расстояние ограничено 500 м. |
|
Коммуникации "точка-точка" на основе LD на большие расстояния |
Решения для коммуникаций "точка-точка" на большие расстояния с помощью лазерных диодов функционируют с полной сетевой скоростью (на различных протоколах) и обеспечивают скорость передачи данных до 155 Мбит/с. При такой скорости расстояние ограничивается 500 м, но при 20 Мбит/с можно передавать информацию на удалении до 1200 м. Подобные решения стоят порядка $8000 на станцию. |
1.1.6. Предполагаемые затраты
Сумма, которой Вы располагаете, является важным фактором в определении доступных решений. Не пожалейте времени и рассчитайте, какие затраты на сеть смогут оправдаться (расчеты Вы можете получить с помощью соответствующих функций Net Cracker). В этой сумме нужно учесть стоимость компьютеров и программного обеспечения, а также плат сетевого интерфейса, концентраторов, кабелей и трудозатрат на прокладку кабеля. Определив сумму, которую можно потратить на соединение компьютеров в сеть, разделите ее на предполагаемое число клиентов в сети и сравните с рекомендациями таблицы 1.6. Суммы, указанные в таблице являются только ориентировочными.
Таблица 1.6 - Стоимость сетевых соединений в расчете на одного клиента
|
Бюджет расходов |
Принятые решения |
|
Менее $100 на клиента |
Инсталляция сети за такую сумму вызовет трудности. При небольшом числе компьютеров следует обратить внимание на одноранговое решение. При подключении к сети более 10 машин нужно определить, насколько важна сеть, и ассигновать дополнительные средства. |
|
От $100 до $150 на клиента |
В таких бюджетных рамках при построении сети клиент/сервер вы будете испытывать жесткие ограничения. Исключение составляет ситуация, когда в здании уже имеется кабельная проводка. Подобный бюджет реален, но придется поискать подрядчиков, не требующих большей суммы за работу, и выполнять значительную часть инсталляции самостоятельно. |
|
От $150 до $250 на клиента |
Это нормальная стоимость решений клиент/сервер на базе Ethernet. Данной суммы хватит, чтобы без проблем создать сеть, объединяющую до 250 станций. |
|
От $250 до $500 на клиента |
Такой бюджет позволяет выбирать из множества вариантов. Можно использовать высокоскоростные решения и подключать к сети любое число клиентов. |
|
От $500 и выше |
Такая сумма позволяет использовать любой доступный сетевой протокол и инсталлировать в любом нужном месте волоконно-оптический кабель. Кроме того, вам будут доступны высокопроизводительные серверы и магистральные каналы. |