Сетевой кабель — физическая среда передачи

Методика выполнения работы

1. Изучить теоретические сведения.

2. Определить топологию LAN в лаборатории ВТ ИМ.

3. Определить аппаратные средства LAN в лаборатории ВТ ИМ.

4. Изучить и освоить работы по монтажу локальных сетей, разъемов витой пары.

АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА СЕТЕЙ

Основой LAN являются PC, включаемые в сеть с помощью карты расширения и кабелей. Файловый сервер должен быть хорошо оснащен: RAM 512 Мб, «зеркальный диск» HDD, 32-битовая сетевая карта.

Как уже отмечалось, различают невыделенный (nоn dedicated) и выделенный (dedicated) сервер. В первом случае файловый сервер работает и как обычная рабочая станция. Здесь экономится одна рабочая станция. Но из-за "отвлечения" сервера на решение задач пользователя испытывает затруднения вся сеть.

Рабочие станции в одноранговой сети должны быть хорошо оснащены. В сети «клиент - сервер» они могут быть даже бездисковыми. Сетевая карта имеет собственный процессор, память 8-16 Кб, разъемы для подключения кабеля.

Это BNC-разъем для так называемого тонкого кабеля Ethernet (Thin Ethernet Cable), 15-контактный разъем для толстого кабеля Ethernet (Thick Ethernet Cable), разъем RJ-45 для витой пары проводов. Сетевые карты бывают 8-, 16- и 32-разрядными и могут иметь исполнение для шин: ISA, EISA, VESA, PCI. Сейчас распространены карты, совместимые с NE2000 и NE3200 (Novell Ethernet).

Эти карты достигают скорости 10 (100) Мбит/с, а фактически она лежит в пределах 5-7 Мбит/с.

Для сетевых карт нужно выбрать прерывание, канал DMA, порт ввода-вывода. Обычно это IRQ3 (5), порт I/O 300. Для управления потоком данных внутри сети нужно программное обеспечение.

Для одноранговой сети это LANTASTIC, Windows 98/Ме.

Для сетей с выделенным сервером масштаба офиса и предприятия используются ОС Novell NETWARE4, 5; OS/2 WARP CONNECT и Windows NT 4 или 2000. Последние могут выступать в качестве и сервера файлов, и сервера обычных DOS- или Windows-приложений.

Лидер в области GAN – ОС UNIX: SCO UNIX и Solaris фирмы SUN.

Кабели

Кабели соединяют отдельные РС по-разному в зависимости от топологии, вида сети - Ethernet, Arcnet, Token Ring, которые отличаются методами доступа к каналам передачи данных. У нас наибольшее распространение получил Ethernet. Для него используют витую пару, коаксиальный кабель или оптоволоконный кабель.

В первом случае для Ethernet используется 8-жильный кабель, состоящий физически из 4 витых пар. При этом различают неэкранированный (UTP) и экранированный (STP) кабели.

Расстояние передачи не более чем несколько сотен метров. Затухание сигналов при f = 10 МГц 1-3 дБ/м. Задержка сигнала не превышает 8-12 нс/м. Важна гальваническая развязка абонентов и согласование нагрузки.

Коаксиальный кабель (Ethernet-кабель) состоит из центрального проводника и внешней экранирующей оплетки. С его помощью соединяют РС на расстоянии нескольких км.

Пропускная способность в режиме модуляции ВЧ сигнала до 500 Мбит/с, в немодулированном режиме до 50-100 Мбит/с. Затухание при f = 10 МГц 0,1-1 дБ/м. Задержка сигнала 4-5 нс/м.

Для Ethernet применяют кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Существуют тонкий Ethernet и толстый Ethernet с диаметром кабеля 0,2" и 0,4".

Общая длина сегмента тонкого кабеля не должна превышать 185 м. Максимальная длина кабелей всей сети может достигать 925 м. Для толстого кабеля эти цифры равны 500 и 2500 м, соответственно.

Опто- или стекловолоконный кабель (FOC) состоит из двух проводов. Передача данных в одном направлении. Кабель не подвержен влиянию электрических полей. В оболочке находятся усиливающие волокна в виде слоев пластика. Длина волны света 0,85 или 1,2 мкм, толщина волокна около 10 мкм. Скорость передачи до 3 Гбит/с, затухание 5 дБ/км, задержка – 5 нс/м, длина (50 км и выше) почти не играет роли.

 

Сеть на тонком Ethernet

 

В ней на концы кабеля устанавливают BNC-коннекторы. С их помощью кабель подсоединяется с двух сторон к Т-коннектору, который присоединяется к внешнему разъему сетевой платы. На концах кабельного сегмента устанавливают терминаторы (заглушки) BNC-коннекторы с впаянным сопротивлением 50 Ом. Один из терминаторов должен быть заземлен.

Рис. 1. Сеть на тонком Ethernet

 

 

Сеть на толстом Ethernet

 

Для подключения PC к толстому кабелю служит трансивер, присоединенный непосредственно к сетевому кабелю. От него к РС идет специальный трансиверный кабель, максимальная длина которого 50 м. На обоих его концах находятся 15-контактные DIX-разъемы: один для подключения к трансиверу, другой - к сетевой плате РС.

Трансивер может "прокусить" кабель в любом месте. Кабель стандартных размеров приходит с уже смонтированными на концах N-коннекторами. Они напоминают ВNС-коннекторы. На обоих концах кабельного сегмента должны находиться N-терминаторы. Один из них должен быть заземлен. Длину кабеля можно нарастить с помощью Barrel-коннектора. Он играет роль стыковочного узла.

Рис. 2. Сеть на толстом Ethernet

 

Сеть с репитерами

Чтобы охватить сетью большее, чем обычно, расстояние, применяются репитеры (Repeater) - повторители. Для Ethernet на тонком кабеле к сегменту подключают не более 30 РС. В сети не больше 4 репитеров (2 порта), а протяженность - до 925 м. Если репитеров (4 порта) больше 4, то между любыми двумя РС должно быть не более 4 репитеров.

Рис. 3. Сеть с репитерами

 

 

Ethernet на толстом кабеле

Длина сегмента - 500 м, к одному сегменту можно подключить до 100 рабочих станций.

При трансиверных кабелях до 50 м длиной толстый Ethe-rnet может одним сегментом охватить большую площадь, чем тонкий. Но репитеры нужны и здесь. Они имеют DIX-разъем и подключаются трансиверами либо к концу сегмента, либо в любом другом месте.

Правила использования репитеров для Ethernet на толстом кабеле аналогичны правилам для Ethernet на тонком кабеле. Удобны совмещенные репитеры, подходящие и для тонкого и для толстого кабелей. Каждый порт имеет пару разъемов: DIX и BNC. Репитеры полезны, но приводят к замедлению работы в сети.

 

Ethernet на витой паре

Основным узлом в сети является хаб (Hub – накопитель, концентратор). Каждый PC подключен к нему сегментом кабеля. Длина сегмента не должна превышать 100 м. На концах кабельных сегментов разъем RJ-45. Кабель подключается к хабу и к сетевой плате. Разъемы RJ-45 компактны, имеют 8 контактных площадок.

Рис. 4. Сеть с концентратором

Из четырех пар кабеля используются только две. Одна пара (1–2) – на передачу, вторая (3–6) – на прием. От хаба зависит работоспособность сети. Обычно хаб располагают вблизи эл. розетки на столе, вешают на стену или монтируют в спец. стойку. Его надо располагать в легкодоступном месте, чтобы легко отключать кабели и следить за индикацией портов.

Хабы имеют 8, 12 или 16 портов. И к нему можно подключить такое же количество PC. Хабы можно объединять, подключая друг к другу через порт RJ-45 и получая сложную каскадную структуру. При этом надо соблюдать следующие правила:

1) не должно быть закольцованных путей;

2) между любыми 2 станциями всегда должно быть не более 4 хабов.

 

Рис.5. Сеть с несколькими концентраторами

 

Хабы могут иметь дополнительные разъемы для подключения тонкого или толстого кабеля Ethernet (BNC- и DIX-разъемы). Это позволяет объединить витую пару с коаксиальными сегментами. На одном хабе должен быть задействован только один из двух коаксиальных разъемов (или BNC, или DIX). Хабы, так же имеют различную внутреннюю конфигурацию и типы.

Основные группы кабелей

На сегодняшний день подавляющая часть компьютерных сетей использует для соединения провода или кабели. Они выступают в качестве среды передачи сигналов между компьютерами. Существуют различные типы кабелей, которые удовлетворяют потребности всевозможных сетей, от малых до больших.

В большинстве сетей применяются только три основные группы кабелей:

- коаксиальный кабель (coaxial cable);

- витая пара (twisted pair – TP), неэкранированная (unshielded – UTP); экранированная (shielded – STP);

- оптоволоконный кабель (fiber optic – FOC).

.

Коаксиальный кабель

Не так давно коаксиальный кабель был самым распространенным типом кабеля. Это объяснялось двумя причинами. Во-первых, он был относительно недорогим, легким, гибким и удобным в применении. А во-вторых, широкая популярность коаксиального кабеля привела к тому, что он стал безопасным и простым в установке.

Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы (core), изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки. Если кабель, кроме металлической оплетки, имеет и слой фольги, он называется кабелем с двойной экранизацией. При наличии сильных помех можно воспользоваться кабелем с учетверенной экранизацией. Он состоит из двойного слоя фольги и двойного слоя металлической оплетки.

 

Рис. 6. Структура коаксиального кабеля

Некоторые типы кабелей покрывает металлическая сетка – экран (shield). Он защищает передаваемые по кабелю данные, поглощая внешние электромагнитные сигналы, называемые помехами или шумом. Таким образом, экран не позволяет помехам исказить данные.

Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Жила – это один провод (сплошная) или пучок проводов. Сплошная жила изготавливается, как правило, из меди.

Жила окружена изоляционным слоем, который отделяет ее от металлической оплетки. Оплетка играет роль заземления и защищает жилу от электрических шумов (noise) и перекрестных помех (crosstalk). Перекрестные помехи – это электрические наводки, вызванные сигналами в соседних проводах.

Проводящая жила и металлическая оплетка не должны соприкасаться, иначе произойдет короткое замыкание, помехи проникнут в жилу, и данные разрушатся. Снаружи кабель покрыт непроводящим слоем – из резины, тефлона или пластика.

Коаксиальный кабель более помехоустойчив, затухание сигнала в нем меньше, чем в витой паре. Затухание (attenuation) – это уменьшение величины сигнала при его перемещении по кабелю.

 

Рис. 7. Затухание сигнала приводит к ухудшению его качества

 

Плетеная защитная оболочка поглощает внешние электромагнитные сигналы, не позволяя им влиять на передаваемые по жиле данные, поэтому коаксиальный кабель можно использовать при передаче на большие расстояния и в тех случаях, когда высокоскоростная передача данных осуществляется на несложном оборудовании.

Типы коаксиальных кабелей

Существует два типа коаксиальных кабелей: тонкий коаксиальный кабель; толстый коаксиальный кабель. Выбор того или иного типа кабеля зависит от потребностей конкретной сети.

Тонкий коаксиальный кабель

Рис. 8. Подключение тонкого коаксиального кабеля к компьютеру

Тонкий коаксиальный кабель – гибкий кабель диаметром около 0,5 см (около 0,25 дюймов). Он прост в применении и годится практически для любого типа сети.

Подключается непосредственно к платам сетевого адаптера компьютеров.

Тонкий (thin) коаксиальный кабель способен передавать сигнал на расстояние до 185 м без его заметного искажения, вызванного затуханием.

Производители оборудования выработали специальную маркировку для различных типов кабелей. Тонкий коаксиальный кабель относится к группе, которая называется семейством RG-58, его волновое сопротивление равно 50 0м. Волновое сопротивление (impedance) – это сопротивление переменному току, выраженное в омах. Основная отличительная особенность этого семейства – медная жила. Она может быть сплошной или состоять из нескольких переплетенных проводов.

 

Кабель	Описание
RG-58 /U	Сплошная медная жила
RG-58 A/U	Переплетенные провода
RG-58 C/U	Военный стандарт для RG-58 A/U
RG-59	Используется для широкополосной передачи (например, в кабельном телевидении)
RG-6	Имеет больший диаметр по сравнению с RG-59, предназначен для более высоких частот, но может применяться и для широкополосной передачи
RG-62	Используется в сетях ArcNet

Толстый коаксиальный кабель

Толстый (thick) коаксиальный кабель – относительно жесткий кабель с диаметром около 1 см (около 0,5 дюймов). Иногда его называют “стандартный Ethernet”, поскольку он был первым типом кабеля, применяемым в Ethernet – популярной сетевой архитектуре. Медная жила этого кабеля толще, чем у тонкого коаксиального кабеля.

Чем толще жила у кабеля, тем большее расстояние способен преодолеть сигнал. Следовательно, толстый коаксиальный кабель передает сигналы дальше, чем тонкий, – до 500 м. Поэтому толстый коаксиальный кабель иногда используют в качестве основного кабеля [магистрали (backbone)], который соединяет несколько небольших сетей, построенных на тонком коаксиальном кабеле.

Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяют специальное устройство – трансивер (transceiver).

Трансивер снабжен специальным коннектором, который назван “зуб вампира” (vampire tap) или “пронзающий ответвитель” (piercing tap). Этот “зуб” проникает через изоляционный слой и вступает в непосредственный физический контакт с проводящей жилой. Чтобы подключить трансивер к сетевому адаптеру, надо кабель трансивера подключить к коннектору AUI-порта сетевой платы. Этот коннектор известен также как DIX-коннектор (Digital Intel Xerox), в соответствии с названиями фирм-разработчиков, или коннектор DB-15.

Витая пара

Самая простая витая пара (twisted pair) – это два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Существует два типа тонкого кабеля: неэкранированная (unshielded) витая пара (UTP) и экранированная (shielded) витая пара (STP).

Несколько витых пар часто помещают в одну защитную оболочку. Их количество в таком кабеле может быть разным. Завивка проводов позволяет избавиться от электрических помех, наводимых соседними парами и другими источниками, например двигателями, реле и трансформаторами.

Неэкранированная витая пара

Неэкранированная витая пара (спецификация 10BaseT) широко используется в ЛВС, максимальная длина сегмента составляет 100 м.

Неэкранированная витая пара состоит из двух изолированных медных проводов. Существует несколько спецификаций, которые регулируют количество витков на единицу длины – в зависимости от назначения кабеля. В Северной Америке UTP повсеместно используется в телефонных сетях.

Неэкранированная витая пара определена в особом стандарте – Electronic Industries Association and the Telecommunications Industries Association (EIA/TIA) 568 Commercial Building Wiring Standard. EIA/TIA 568 – на основе UTP – устанавливает стандарты для различных случаев, гарантируя единообразие продукции. Эти стандарты включают пять категорий DTP.

Категория 1

Традиционный телефонный кабель, по которому можно передавать только речь, но не данные. Большинство телефонных кабелей, произведенных до 1983 года, относится к категории 1.

Категория 2

Кабель, способный передавать данные со скоростью до 4 Мбит/с. Состоит из четырех витых пар.

Категория 3

Кабель, способный передавать данные со скоростью до 10 Мбит/с. Состоит из четырех витых пар с девятью витками на метр.

Категория 4

Кабель, способный передавать данные со скоростью до 16 Мбит/с. Состоит из четырех витых пар.

Категория 5

Кабель, способный передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с. Состоит из четырех витых пар медного провода.

Большинство телефонных систем использует неэкранированную витую пару. Это одна из причин ее широкой популярности. Причем во многих зданиях, при строительстве, UTP прокладывают не только для сегодняшних нужд телефонизации, но и, предусматривая запас кабеля, в расчете на будущие потребности. Если установленные во время строительства провода рассчитаны на передачу данных, их можно использовать и в компьютерной сети. Однако надо быть осторожным, так как обычный телефонный провод не имеет витков, и его электрические характеристики могут не соответствовать тем, какие требуются для надежной и безопасной передачи данных между компьютерами.

Одной из потенциальных проблем для всех типов кабелей являются перекрестные помехи. Перекрестные помехи – это электрические наводки, вызванные сигналами в смежных проводах. Неэкранированная витая пара особенно страдает от перекрестных помех. Для уменьшения их влияния используют экран.

Экранированная витая пара

Кабель экранированной витой пары (STP) имеет медную оплетку, которая обеспечивает большую защиту, чем неэкранированная витая пара. Кроме того, пары проводов STP обмотаны фольгой. В результате экранированная витая пара обладает прекрасной изоляцией, защищающей передаваемые данные от внешних помех.

Все это означает, что STP, по сравнению с UTP, меньше подвержена воздействию электрических помех и может передавать сигналы с более высокой скоростью и на большие расстояния.

Оптоволоконный кабель

В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это относительно надежный (защищенный) способ передачи, поскольку электрические сигналы при этом не передаются. Следовательно, оптоволоконный кабель нельзя вскрыть и перехватить данные, от чего не застрахован любой кабель, проводящий электрические сигналы.

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

Строение

 

Волоконно-оптические кабели состоят из центрального проводника света (сердце­вины – core) – чрезвычайно тонкого стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла – оболочкой, об­ладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Иногда оптоволокно производят из пластика. Пластик проще в использовании, но он передает световые импульсы на меньшие расстояния по сравнению со стеклянным оптоволокном.

Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. В зависимости от распределения показателя преломления и от ве­личины диаметра сердечника различают:

– многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления (рис. 11доп, а);

– многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления
(рис. 11доп, 6);

– одномодовое волокно (рис. 11доп, в).

Понятие «мода» описывает режим распространения световых лучей во внутрен­нем сердечнике кабеля. 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 очень широкая – до сотен гигагерц на километр. Изготов­ление тонких качественных волокон для одномодового кабеля представляет сложный технологический процесс, что делает одномодовый кабель достаточно дорогим. Кроме того, в волокно такого маленького диаметра достаточно сложно направить пучок света, не потеряв при этом значительную часть его энергии.

Рис. 11. Типы оптического кобеля

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.

Многомодовые кабели имеют более узкую полосу пропускания – от 500 до 800 МГц/км. Сужение полосы происходит из-за потерь световой энергии при от­ражениях, а также из-за интерференции лучей разных мод.

В качестве источников излучения света в волоконно-оптических кабелях при­меняются: светодиоды; полупроводниковые лазеры.

Для одномодовых кабелей применяются только полупроводниковые лазеры, так как при таком малом диаметре оптического волокна световой поток, создаваемый светодиодом, невозможно без больших потерь направить в волокно. Для многомо-довых кабелей используются более дешевые светодиодные излучатели.

Для передачи информации применяется свет с длиной волны 1550 нм (1,55 мкм), 1300 нм (1,3 мкм) и 850 нм (0,85 мкм). Светодиоды могут излучать свет с длиной волны 850 нм и 1300 нм. Излучатели с длиной волны 850 нм существенно дешевле, чем излучатели с длиной волны 1300 нм, но полоса пропускания кабеля для волн 850 нм уже, например 200 МГц/км вместо 500 МГц/км.

Лазерные излучатели работают на длинах волн 1300 и 1550 нм. Быстродействие современных лазеров позволяет модулировать световой поток с частотами 10 ГГц и выше. Лазерные излучатели создают когерентный поток света, за счет чего потери в оптических волокнах становятся меньше, чем при использовании некогерентного потока светодиодов.

Использование только нескольких длин волн для передачи информации в оп­тических волокнах связанно с особенностью их амплитудно-частотной характери­стики. Именно для этих дискретных длин волн наблюдаются ярко выраженные максимумы передачи мощности сигнала, а для других волн затухание в волокнах существенно выше.

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.

Сама стоимость волоконно-оптических кабелей ненамного превышает стоимость кабелей на витой паре, однако проведение монтажных работ с оптоволокном обходит­ся намного дороже из-за трудоемкости операций и высокой стоимости применяемого монтажного оборудования. Так, присоединение оптического волокна к разъему тре­бует проведения высокоточной обрезки волокна в плоскости строго перпендику­лярной оси волокна, а также выполнения соединения путем сложной операции склеивания, а не обжатия, как это делается для витой пары. Выполнение же нека­чественных соединений сразу резко сужает полосу пропускания волоконно-опти­ческих кабелей и линий.

 

Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами. Одно из них служит для передачи, а другое – для приема. Жесткость волокон увеличена покрытием из пластика, а прочность – волокнами из кевлара. На рис. 12 представлен пример кевларового покрытия. Кевларовые волокна располагаются между двумя кабелями, заключенными в пластик.

Рис. 12. Оптоволоконный кабель

 

Передача по оптоволоконному кабелю не подвержена электрическим помехам и ведется на чрезвычайно высокой скорости (в настоящее время до 100 Мбит/с, теоретически возможная скорость – 200 000 Мбит/с). По нему можно передавать световой импульс на многие километры.

Используйте оптоволоконный кабель, если:

- планируете посылать данные с очень высокой скоростью, на большие расстояния и по надежной (защищенной) среде передачи.

Не используйте оптоволоконный кабель если:

- ограничены в денежных средствах;

- не обладаете навыками, необходимыми для правильной установки и корректного подключения оптоволоконных сетевых устройств.

Передача сигналов

Для передачи по кабелю кодированных сигналов используют две технологии – узкополосную передачу и широкополосную передачу.

Узкополосная передача

Узкополосные (baseband) системы передают данные в виде цифрового сигнала одной частоты. Сигналы представляют собой дискретные электрические или световые импульсы. При таком способе вся емкость коммуникационного канала используется для передачи одного импульса, или, другими словами, цифровой сигнал использует всю полосу пропускания кабеля. Полоса пропускания – это разница между максимальной и минимальной частотой, которая может быть передана по кабелю.

Каждое устройство в сетях с узкополосной передачей посылает данные в обоих направлениях, а некоторые могут одновременно и передавать их, и принимать.

Продвигаясь по кабелю, сигнал постепенно затухает и, как следствие, может исказиться. Если кабель слишком длинный, на дальнем его конце передаваемый сигнал может исказиться до неузнаваемости или просто пропасть.

Чтобы избежать этого, в узкополосных системах используют репитеры, которые усиливают сигнал и ретранслируют его в дополнительные сегменты, позволяя тем самым увеличить общую длину кабеля.

Широкополосная передача

Широкополосные (broadband) системы передают данные в виде аналогового сигнала, который использует некоторый интервал частот. Сигналы представляют собой непрерывные (а не дискретные) электромагнитные или оптические волны. При таком способе сигналы передаются по физической среде в одном направлении.

Если обеспечить необходимую полосу пропускания, то по одному кабелю одновременно может идти вещание нескольких систем, таких, как кабельное телевидение и передача данных.

Каждой передающей системе выделяется часть полосы пропускания. Все устройства, связанные с данной системой (например, компьютеры), должны быть настроены таким образом, чтобы работать именно с выделенной частью полосы пропускания.

Если в узкополосных системах для восстановления сигнала используют репитеры, то в широкополосных – усилители (amplifiers).

В широкополосной системе сигнал передается только в одном направлении, поэтому, чтобы все устройства могли и принимать, и передавать данные, необходимо обеспечить два пути для прохождения сигнала. Разработано два основных решения:

разбить полосу пропускания на два канала, которые работают с различными частотами; один канал предназначен для передачи сигналов, другой — для приема;

использовать два кабеля; один кабель предназначен для передачи сигналов, другой – для приема.

Кабельная система IBM

IBM разработала собственную кабельную систему, со своими номерами, стандартами, спецификациями и назначениями. Многие из этих параметров близки к спецификациям других разработчиков.

Кабельная система IBM была представлена в 1984 году. Она определила следующие компоненты:

- соединители кабелей;

- лицевые щиты;

- распределительные панели; типы кабелей.

Уникальным компонентом стал соединитель кабеля. Он отличается от стандартного BNC-коннектора и других соединителей тем, что является не “папой”, не “мамой”, а “гермафродитом”: любые два можно соединить друг с другом. Эти соединители требуют использования лицевых щитов и распределительных панелей специальной конструкции.

Кабельная система IBM классифицирует кабели по типам. Например, кабель категории 3 (речевая UTP) представляет собой тип 3.

Классификация помогает правильно выбрать кабель, т.е. тот, который в наибольшей степени подходит к конкретным условиям. Провода, указанные в системе, соответствуют стандартам AWG.

Классификация кабелей IBM

Тип	Наименование	Описание
Тип 1	Экранированная витая пара (STP)	Две пары проводов 22 AWG, покрытых плетеным экраном – для компьютеров и модулей множественного доступа (MAU)
Тип 2	Кабель для передачи речи и данных	Экранированный кабель для передачи речи и данных; состоит из двух витых пар проводов 22 AWG, заключенных в экранирующую оплетку, – для передачи данных, из четырех витых пар проводов 26 AWG – для передачи речи
Тип 3	Кабель для передачи речи	Неэкранированный кабель для передачи речи; состоит из четырех витых пар проводов 22 или 24 AWG со сплошной жилой
Тип 4	Еще не определен
Тип 5	Оптоволоконный кабель	Два 62,5/125-микронных оптоволокна – промышленный стандарт
Тип 6	Коммутационный кабель	Две витые пары проводов 26 AWG с двойным слоем фольги и оплеткой
Тип 7	Еще не определен
Тип 8	Ковровый кабель	Имеет плоский соединитель для прокладки под коврами. Две витые пары проводов 26 AWG. Длина кабеля не превышает половину длины кабеля типа 1
Тип 9	Пленумный	Огнеупорный. Две экранированные витые пары проводов

 

Сравнение кабелей

 

Характеристика	Тонкий коаксиальный кабель (10Base2)	Толстый коаксиальный кабель (10Base5)	Витая пара (10BaseT)	Оптоволоконный кабель
Стоимость	Дороже витой пары	Дороже тонкого коаксиального кабеля	Самый дешевый	Самый дорогой
Эффективная длина кабеля*	185 м	500 м	100 м	2 км
Скорость передачи**	10 Мбит/с	10 Мбит/с	4–100 Мбит/с	100 Мбит/с и выше
Гибкость	Довольно гибкий	Менее гибкий	Самый гибкий	Не гибкий
Простота установки	Прост в установке	Прост в установке	Очень прост в установке	Труден в установке
Подверженность помехам	Хорошая защита от помех	Хорошая защита от помех	Подвержен помехам	Не подвержен помехам
Особые свойства	Электронные компоненты дешевле, чем у витой пары	Электронные компоненты дешевле, чем у витой пары	Тот же телефонный провод; часто проложен во время строительства	Поддерживает речь, видео и данные
Рекомендуемое применение	Средние или большие сети с высокими требованиями к защите данных	Средние или большие сети с высокими требованиями к защите данных	UTP – самый дешевый вариант; STP –Token Ring любого размера	Сети любого размера с высокими требованиями к скорости передачи, уровню защиты и целостности данных

* Эффективная длина кабеля может варьироваться в зависимости от каждой конкретной сети. С улучшением технологии она увеличивается.

** Диапазон скоростей передачи для некоторых типов кабелей расширяется. Технические достижения в производстве медных проводов привели к такой скорости передачи сигналов, которую ранее нельзя было и предположить.

Выбор адекватного сетевого кабеля зависит от ряда факторов, в число которых входят простота установки, экранирование, требования к уровню защите, скорость передачи (в Мбит/с) и затухание сигнала. Существует три основные группы кабелей: коаксиальный кабель, витая пара и оптоволоконный кабель.

Коаксиальный кабель подразделяется на два типа – тонкий и толстый. Оба они имеют медную жилу, окруженную металлической оплеткой, которая поглощает внешние шумы и перекрестные помехи. Коаксиальный кабель удобен для передачи сигналов на большие расстояния.

Витая пара может быть экранированной и неэкранированной. Неэкранированная витая пара (UTP) делится на пять категорий, из которых пятая – наиболее популярная в сетях. Экранированная витая пара (STP) поддерживает передачу сигналов на более высоких скоростях и на большие расстояния, чем UTP.

По сравнению с медными проводами оптоволоконный кабель передает данные быстрее и обеспечивает их большую защиту, но он дороже и требует специальных навыков для установки.

Существует две технологии передачи данных: широкополосная и узкополосная. При широкополосной передаче с помощью аналоговых сигналов в одном кабеле одновременно организуется несколько каналов. При узкополосной передаче канал всего один, и по нему передаются цифровые сигналы.

IBM разработала собственную кабельную систему и классификацию кабелей. Например, кабель типа 1 – экранированная витая пара, предназначенная для передачи речи и данных, т.е. всем известная STP.

Беспроводные сети

Беспроводная среда

Словосочетание “беспроводная среда ” может ввести в заблуждение, поскольку означает полное отсутствие проводов в сети. В действительности же это не так. Обычно беспроводные компоненты взаимодействуют с сетью, в которой – как среда передачи – используется кабель. Такая сеть со смешанными компонентами называется гибридной.

Возможности

Ее компоненты:

- обеспечивают временное подключение к существующей кабельной сети;

- помогают организовать резервное копирование в существующую кабельную сеть;

- гарантируют определенный уровень мобильности;

- позволяют снять ограничения на максимальную протяженность сети, накладываемые медными или даже оптоволоконными кабелями.

Применение

Трудность установки кабеля – фактор, который дает беспроводной среде неоспоримое преимущество. Она может оказаться особенно полезной в следующих ситуациях:

- в помещениях, заполненных людьми (например, в прихожей или приемной);

- для людей, которые не работают на одном месте (например, для врачей или медсестер);

- в изолированных помещениях и зданиях; в помещениях, планировка которых часто меняется;

- в строениях (например, памятниках истории или архитектуры), где прокладывать кабель непозволительно.

Типы беспроводных сетей

В зависимости от технологии беспроводные сети можно разделить на три типа: локальные вычислительные сети; расширенные локальные вычислительные сети; мобильные сети (переносные компьютеры).

Основные различия между этими типами сетей – параметры передачи. Локальные и расширенные локальные вычислительные сети используют передатчики и приемники, принадлежащие той организации, в которой функционирует сеть.

 

Рис. 13. Беспроводной переносной компьютер подключается к точке доступа.

Точки доступа

Трансивер, называемый иногда точкой доступа (access point), обеспечивает обмен сигналами между компьютерами с беспроводным подключением и остальной сетью.

В беспроводных ЛВС используются небольшие настенные трансиверы. Они устанавливают радиоконтакт между переносными устройствами. Такую сеть нельзя назвать полностью беспроводной именно из-за использования этих трансиверов.

Способы передачи

Беспроводные локальные сети используют четыре способа передачи данных: инфракрасное излучение; лазер; радиопередачу в узком спектре (одночастотная передача); радиопередачу в рассеянном спектре.

Инфракрасное излучение

Все инфракрасные беспроводные сети используют для передачи данных инфракрасные лучи. В подобных системах необходимо генерировать очень сильный сигнал, так как в противном случае значительное влияние будут оказывать другие источники, например окна.