Компоненты кабельной системы

Соединители (connectors).

Для подключения витой пары к компьютеру используются телефонные коннекторы RJ-45. На первый взгляд, они похожи на RJ-11, но в действительности между ними есть существенные отличия.

Во-первых, вилка RJ-45 чуть больше по размерам и не подходит для гнезда RJ-11. Во-вторых, коннектор RJ-45 имеет восемь контактов, а RJ-11 – только четыре.

Построить развитую кабельную систему и в то же время упростить работу с ней помогают следующие компоненты.

Распределительные стойки и полки (distribution racks, shelves).

Распределительные стойки и полки предназначены для монтажа кабеля. Они позволяют централизованно организовать множество соединений и при этом занимают достаточно мало места.

Коммутационные панели (patch panels).

Существуют разные типы панелей расширения. Они поддерживают до 96 портов и скорость передачи до 100 Мбит/с.

Соединители.

Одинарные или двойные вилки RJ-45 подключаются к панелям расширения или настенным розеткам. Они обеспечивают скорость передачи до 100 Мбит/с.

Настенные розетки.

К настенным розеткам можно подключить два (и более) соединителя.

Рис. 11. Компоненты кабельной системы

Используйте витую пару, если:

- ограничены в денежных средствах при организации ЛВС;

- нужна достаточно простая установка, при которой подключение компьютеров - несложная операция.

Не используйте витую пару, если:

- хотите быть абсолютно уверенным в целостности данных, передаваемых на большие расстояния с высокой скоростью.

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.