Типи та апаратура ліній зв’язку

Лабораторна робота № 3

Тема: Фізичні середовища КМ. Скручена пара та її обтиснення.

Мета: ознайомитись з основними фізичними середовищами КМ.вивчити типи кабелів, що застосовуються у комп'ютерних мережах, та навчитись робити обтиск скручених пар.

Теоретичні відомості

 

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 (повітряні);

- кабельні (мідні і волоконно-оптичні);

- радіоканали наземного і супутникового зв’язку.

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:

- на основі скручених пар мідних проводів;

- коаксіальні кабелі з мідною жилою;

- також волоконно-оптичні кабелі.

Скручена пара проводів (twisted pair) може бути виконана в таких варіантах [4]:

- екранованому (Shielded Twistedpair, STP) - коли кожна скручена пара обертається окремим ізоляційним екраном;

- фольгованому (Foiled Twisted Pair, FTP) - коли кабель має загальний екран з фольги, однак в кожної пари немає індивідуального захисту;

- фольговано-екранованому (Shielded Foiled twisted pair, SFTP) - коли кабель має загальний екран з фольги і кожна пара ще має свій власний екран;

- неекранованому (Unshielded Twistedpair, UTP) - коли ізоляційний екран відсутній.

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 ліній зв’язку

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:

- поліпшення якості сигналу;

- утворення постійного складеного каналу зв’язку між двома абонентами мережі.

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 ЛЗсигнали, 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.

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]:

- Американський стандарт EIA/TIA-568A, який був розроблений спільними зусиллями декількох організацій: ANSI, EIA/TIA і лабораторією Underwriters Labs (UL). Стандарт EIA/TIA-568 розроблений на основі попередньої версії стандарту EIA/TIA-568 і доповнень до цього стандарту TSB-36 і TSB-40A).

- Міжнародний стандарт ISO/IEC 11801.

- Європейський стандарт EN50173.

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).

- Загасання (Attenuation) - вимірюється в децибелах на метр для визначеного частоти або діапазону частот сигналу.

- Перехресні наведення на ближньому кінці (Near End Cross Talk, NEXT) - вимірюються в децибелах для визначеної частоти сигналу.

- Імпеданс (хвильовий опір) - це повний (активний і реактивний) опір в електричному ланцюгу. Імпеданс вимірюється в Омах і є сталою величиною для кабельних систем (наприклад, для коаксіальних кабелів, які використовуються у стандартах Ethernet, імпеданс кабелю повинний складати 50 Ом). Для неекранованої скручений пари, яка найчастіше використовується значення імпедансу - 100 і 120 Ом. В області високих частот (100-200 МГц) імпеданс залежить від частоти.

- Активний опір - це опір постійному струму в електричному ланцюгу. На відміну від імпедансу активний опір не залежить від частоти і зростає зі збільшенням довжини кабелю.

- Ємність (іноді застосовують термін „паразитна ємність”)- це властивість металевих провідників накопичувати енергію. Два електричних провідники в кабелі, розділені діелектриком, є конденсатором, здатним накопичувати заряд. Ємність є небажаною величиною, тому вона повинна бути якнайменшою. Високе значення ємності в кабелі приводить до перекручування сигналу й обмежує смугу пропущення лінії.

- Рівень зовнішнього електромагнітного випромінювання або електричний шум. Електричний шум - це небажана змінна напруга у провіднику. Електричний шум буває двох типів: фоновий та імпульсний. Електричний шум можна також розділити на низько-, середньо- і високочастотний. Джерелами фонового електричного шуму в діапазоні до 150 кГц є лінії електропередачі, телефони і лампи денного світла; у діапазоні від 150 кГц до 20 МГц - комп'ютери, принтери, ксерокси; у діапазоні від 20МГц до 1ГГц - телевізійні та радіопередавачі, мікрохвильові печі. Основними джерелами імпульсного електричного шуму є мотори, перемикачі і зварювальні агрегати. Електричний шум виміряється в мілівольтах.

- Діаметр чи площа перетину провідника. Для мідних провідників досить вживаною є американська система AWG (American Wire Gauge), що вводить деякі умовні типи провідників (наприклад 22AWG, 24AWG, 26AWG). Чим більше номер типу провідника, тим менше його діаметр. У європейських і міжнародних стандартах діаметр провідника вказується в міліметрах.

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.

 

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]:

- багатомодові волокно зі ступінчатою зміною показника переломлення (рис. 2 а);

- багатомодові волокно з плавною зміною показника переломлення (рис. 2 б);

- одномодове волокно (рис. 2 в).

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:

- світлодіоди;

- напівпровідникові лазери.

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.

- RG-8 і RG-11 - „товстий” коаксіальний кабель, розроблений для мереж Ethernet l0Base-5. Має хвильовий опір 50 Ом і зовнішній діаметр 0,5 дюйма (близько 12 мм). Цей кабель має досить товстий внутрішній провідник діаметром 2,17 мм, що забезпечує гарні механічні та електричні характеристики (загасання на частоті 10 Мгц - не гірше 18 дБ/км). Проте цей кабель складно монтувати - він погано гнеться.

- RG-58/U, RG-58 A/U і RG-58 C/U - різновиди „тонкого” коаксіального кабелю для мереж Ethernet Base-2. Кабель RG-58/U має суцільний внутрішній провідник, а кабель RG-58 A/U - багатожильний. Кабель RG-58 C/U проходить „військове приймання”. Усі ці різновиди кабелю мають хвильовий опір 50 Ом, але мають гірші механічні та електричні характеристики порівняно з „товстим” коаксіальним кабелем. Тонкий внутрішній провідник 0,89 мм не такий міцний, але має набагато більшу гнучкість, зручний при монтажних роботах. Загасання в цьому типі кабелю вище, ніж у „товстому” коаксіальному кабелі, що приводить до необхідності зменшувати довжину кабелю для одержання однакового загасання в сегменті. Для з’єднання кабелів з обладнанням використовується роз’єм типу BNC.

- RG-59 - телевізійний кабель з хвильовим опором 75 Ом. Широко застосовується в кабельному телебаченні.

- RG-62 - кабель з хвильовим опором 93 Ом, використовувався в мережах ArcNet, обладнання для яких сьогодні практично не випускається. Коаксіальні кабелі з хвильовим опором 50 Ом (тобто „тонкий” і „товстий”) описані у стандарті EIA/TIA-568. Новий стандарт EIA/TIA-568A коаксіальні кабелі не описує, як морально застаріли [1].

 

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. Вико­ристовуйте 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).

Вибір типу кабелю

Нагадаємо, що, що звичайно в комп'ютерних мережах вико­ристовуються такі типи мережевого кабелю — Crossover ("нуль-хабний") і Straight-through (пря­мий). Відрізняються вони схемою обтиску кінців кабелю. Так, в пря­мому кабелі обидва кінці обтискуються згідно одного й того ж стандарту EIA/TIA-568В або EIA/TIA-568А. Тобто, сигнал передаєть­ся 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. Деталь­ніше 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:

1. Комп’ютери, сервери, тощо.

2. Повторювачі, концентратори, мости, комутатори.

3. Маршрутизатори.

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 вико­рис­товувати прямий кабель. Для з’єднання комп’ютер—комп’ютер напряму, кон­центратор—концентратор або концентратор—комутатор слід вико­ристо­ву­вати Crossover- кабель.

Приєднання RJ-45 конектора

1. Тримайте конектор пластиковою клямкою від себе.

2. Коли стискаєте кабель для того, щоб вставити в конектор, прослідіть, щоб оболонка не бовталася на проводках. Вставляйте відсортовані і вирівняні жили обережно і поступово. Ви відчуєте опір, як тільки жили почнуть потрапляти в пази усередині конектора.

3. Подивіться уважно, щоб жили залишалися в потрібній послідов­ності. Іноді при вставці кабелю в конектор в останню мить жили можуть помінятися місцями. Використовуйте лупу, якщо це необ­хідно.

4. Проштовхніть жили до кінця конектора, переконайтеся, що всі жили однієї довжини і торкаються прозорої стінки. Ви повинні бачити лінію, що складається з восьми кінців жил. Якщо якась жила пройшла не до кінця, виймайте кабель, вирівнюйте жили і пробуйте знову.

5. Тепер просуньте оболонку кабелю якнайдалі в конектор до кінця виступу (рис. 6). Ізоляційна оболонка повинна проходити в ко­нектор, і всі жили упиратися в кінець конектора.

6. Після цього виконується обтискування кабелю за допомогою відповідного інструменту.

 

Rollover

Існує третій вид кабелю скрученої пари — rollover.

Консольний кабель (rollover) — використовується між термі­налом і консольним портом комутатора або маршрутизатора. При­значений для настроювання та конфігурування відповідних при­строїв. Hа його кінцях також використовуються роз’єми RJ-45. Для нього характерне те, що другий кінець кабелю обтискується дзер­кально по відношенню до першого:

1 — 8

2 — 7

3 — 6

4 — 5

5 — 4

6 — 3

7 — 2

8 — 1

 

Хід роботи

 

1. Зробіть прямий кабель. Перевірте кабель за допомогою тестера.

2. Зробіть Crossover-кабель. Перевірте кабель за допомогою тестера.

3. Зробіть rollover-кабель. Перевірте кабель за допомогою тестера.

 

Звіт повинен включати

 

1. Тему, мету і порядок роботи.

2. Типи середовищ передавання в КМ, їх стислі характеристики, переваги та недоліки.

3. Опис процесу обтискання кабелю.

4. Висновки по роботі.

 

Контрольні запитання

 

1. Які типи ліній зв’язку в залежності від середовища передачі даних Ви знаєте?

2. Наведіть та стисло охарактеризуйте відомі Вам кабельні ліній зв’язку.

3. Наведіть визначення та приклади пристроїв DCE та DTE.

4. Яку проміжну апаратуру передачі даних Ви знаєте і для чого вона використовується?

5. Перерахуйте основні характеристики ліній зв’язку. Які з цих характеристик Ви вважаєте основними, а які другорядними? Відповідь мотивуйте.

6. Охарактеризуйте таку характеристику ЛЗ як амплітудно-частотна характеристика.

7. Охарактеризуйте такі характеристики ЛЗ як смуга пропущення та загасання. Наведіть вираз, для обчислення згасання.

8. Що характеризує та в яких одиницях вимірюється пропускна спроможність лінії зв’язку? Від чого залежить пропускна спроможність ЛЗ?

9. Охарактеризуйте такі характеристики ЛЗ як вірогідність передачі даних, завадостійкість,

10. Наведіть призначення та формулу обчислення показника NEXT.

11. Поясніть зв’язок між пропускною спроможністю ЛЗ та її смугою пропущення.

12. Наведіть відомі Вам стандарти кабельних систем.

13. Охарактеризуйте кабелі на основі скручених пар. Які типи таких кабелів Ви знаєте? Чим вони відрізняються між собою?

14. Охарактеризуйте кабелі на основі неекранованої скрученої пари. Наведіть категорії таких кабелів та їх область застосування.

15. Охарактеризуйте кабелі на основі неекранованої скрученої пари.

16. Наведіть види, призначення та основні характеристики кабелів на основі оптичних волокон. Порівняйте одно- та багатомодові оптоволоконні кабелі.

17. Які джерела випромінювання світла застосовуються у волоконно-оптичних кабелях? Чим вони відрізняються?

18. Чому різні пристрої потрібно з’єднувати різними кабелями?

19. Які інструменти використовуються для обтискання скрученої пари?

20. Наведіть основні правила обтискання скручених пар.

21. Чому ізоляційна оболонка повинна проходити якнайдалі в конектор?

 

Лабораторна робота № 3

Тема: Фізичні середовища КМ. Скручена пара та її обтиснення.

Мета: ознайомитись з основними фізичними середовищами КМ.вивчити типи кабелів, що застосовуються у комп'ютерних мережах, та навчитись робити обтиск скручених пар.

Теоретичні відомості

 

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 (повітряні);

- кабельні (мідні і волоконно-оптичні);

- радіоканали наземного і супутникового зв’язку.

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:

- на основі скручених пар мідних проводів;

- коаксіальні кабелі з мідною жилою;

- також волоконно-оптичні кабелі.

Скручена пара проводів (twisted pair) може бути виконана в таких варіантах [4]:

- екранованому (Shielded Twistedpair, STP) - коли кожна скручена пара обертається окремим ізоляційним екраном;

- фольгованому (Foiled Twisted Pair, FTP) - коли кабель має загальний екран з фольги, однак в кожної пари немає індивідуального захисту;

- фольговано-екранованому (Shielded Foiled twisted pair, SFTP) - коли кабель має загальний екран з фольги і кожна пара ще має свій власний екран;

- неекранованому (Unshielded Twistedpair, UTP) - коли ізоляційний екран відсутній.

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 ліній зв’язку

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:

- поліпшення якості сигналу;

- утворення постійного складеного каналу зв’язку між двома абонентами мережі.

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 ЛЗсигнали, 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 першом