Применение кабелей различных стандартов при построении сетей передачи данных в АС.

12.09.2012 14:52
    В компьютерных системах применяются кабели, удовлетворяющие определенным стандартам, что позволяет строить автоматизированную систему из кабелей и соединительных устройств разных производителей.
 
Кабели на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair — UTP)
    Стандартом определено пять категорий UTP. Все кабели UTP независимо от их категории выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки (рис. 1). Обычно две пары предназначены для передачи данных, а две — для передачи голоса.
 
Рис. 1. Кабель «витая пара».
 
    Наиболее важные электромагнитные характеристики кабеля (табл. 1) категории 5 имеют следующие значения:
• полное волновое сопротивление в диапазоне частот до 100 МГц равно 100 Ом (стандарт ISO 11801 допускает также кабель с волновым сопротивлением 120 Ом, волновое сопротивление — сопротивление переменному току);
• величина перекрестных наводок NEXT в зависимости от частоты сигнала должна принимать значения не менее 74 дБ на частоте 150 кГц и не менее 32 дБ на частоте 100 МГц;
• затухание имеет предельные значения от 0,8 дБ (на частоте 64 кГц) до 22 дБ (на частоте 100 МГц);
• активное сопротивление не должно превышать 9,4 Ом на 100 м;
• емкость кабеля не должна превышать 5,6 нФ на 100 м.
 
    Таблица 1. Категории кабелей на основе неэкраннроввкной витой пары.
 
    

    Витая пара — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой, покрытых пластиковой оболочкой. Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче сигналов.

    Для соединения кабелей с оборудованием используются вилки и розетки RJ-45, представляющие 8-контактные разъемы, похожие на обычные телефонные разъемы RJ-11 (рис. слева). 

    Прямой обжим применяется для соединения порта сетевой карты с сетевым оборудованием (свитч, хаб, маршрутизатор). Перекрестный обжим используется для соединения двух сетевых карт напрямую. Варианты подключения и обжима приведены на рисунке ниже.

 

Кабели на основе экранированной витой пары (Shielded Twisted Pair — STP).

    Разработаны типы кабелей с экранированием, чтобы минимизировать ухудшение сигнала из-за электронного шума. Как показано на рисунке слева, STP использует четыре пары проводов, которые обертываются в металлическую оплетку или фольгу.

    Экранированная витая пара STP хорошо защищает передаваемые сигналы от внешних помех, а также меньше излучает электромагнитных колебаний, что защищает, в свою очередь, пользователей сетей от вредного для здоровья излучения. Наличие заземляемого экрана удорожает кабель и усложняет его прокладку, так как требует выполнения качественного заземления. Экранированный кабель применяется только для передачи данных, голос по нему не передают.
    Основным стандартом, определяющим параметры экранированной витой пары, является фирменный стандарт IBM. В этом стандарте кабели делятся не на категории, а на типы: Туре 1, Туре 2,..., Туре 9.
    Основным типом экранированного кабеля является кабель Туре 1 стандарта IBM. Он состоит из 2-х пар скрученных проводов, экранированных проводящей оплеткой, которая заземляется. Электрические параметры кабеля Туре 1 примерно соответствуют параметрам кабеля UTP категории 5, однако волновое сопротивление кабеля Туре 1 равно 150 Ом. 
    Для присоединения экранированных кабелей к оборудованию используются разъемы конструкции IBM. 
    Новый стандарт на 10 гигабит для Ethernet требует использования кабельных соединений STP.
 
Коаксиальные кабели.
    Существует большое количество типов коаксиальных кабелей, используемых в сетях различного типа — телефонных, телевизионных и компьютерных.
    Для организации компьютерных сетей используются два типа коаксиальных кабелей (рис. 2):
• тонкий коаксиальный кабель;
• толстый коаксиальный кабель.
 
Рис. 2. Коаксиальные кабели: а — тонкий; б — толстый.
 
    Тонкий коаксиальный кабель (табл. 2) — гибкий кабель диаметром примерно 0,5 см. Он способен передавать сигнал на расстояние до 185 м без его заметного искажения, вызванного затуханием. Волновое сопротивление кабеля составляет 50 Ом.
 
    Таблица 2. Таблица кодировки тонких коаксиальных кабелей.
 
    Для подключения кабеля используются специальные разъемы типа BNC (Bayonet Naval Connector) (рис. 3).
 
Рис. 3. Разъемы BNC.
 
    Кабель RG58 позволяет реализовать топологии шина и кольцо и был до последнего времени самым распространенным при построении сетей.
    Толстый коаксиальный кабель — относительно жесткий кабель диаметром около 1 см. Медная жила кабеля толще, чем у тонкого коаксиального кабеля и, следовательно, сопротивление меньше. Поэтому толстый коаксиальный кабель передает сигналы дальше, чем тонкий, до 500 м.
    Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяют специальное устройство — трансивер. Трансивер снабжен специальным коннектором, который "прокусывает" изоляционный слой и осуществляет контакт с проводящей жилой.
 
Волоконно-оптические кабели.
    Волоконно-оптические линии предназначены для перемещения больших объемов данных на высоких скоростях. Оптоволоконный кабель состоит из центрального стеклянного или пластикового проводника, окруженного другим слоем стеклянного или пластикового покрытия, и внешней защитной оболочки (рис. 4).
 
Рис. 4. Конструкция оптоволоконного кабеля.
 
    Данные передаются по кабелю с помощью лазерного (laser transmitter) или светодиодного (LED, light-emitting diode transmitter) передатчика, который посылает однонаправленные световые импульсы через центральное стеклянное волокно. Стеклянное покрытие помогает поддерживать фокусировку света во внутреннем проводнике. Сигнал принимается на другом конце фотодиодным приемником (photodiode receiver), преобразующим световые импульсы в электрический сигнал, который сможет использовать получающий компьютер.
    Конструкций световодов и оптических волокон очень много, но основных типов два:
• многомодовый;
• одномодовый.
    Диаметр сердцевины у многомодовых волокон в десятки раз превышает длину волны передаваемого излучения, из-за чего по волокну распространяется несколько типов волн (мод). Стандартные диаметры сердцевины многомодовых волокон — 50 и 62,5 мкм.
    У одномодового волокна диаметр сердцевины находится обычно в пределах 5—10 мкм. Диаметр кварцевой оболочки световода тоже стандартизован и составляет 125 мкм.
    Скорость передачи данных для оптоволоконных сетей находится в диапазоне от 100 Мбит/с до 2 Гбит/с, а данные могут быть надежно переданы на расстояние до 2 километров без повторителя. Оптоволоконный кабель может поддерживать передачу видео и голосовой информации так же, как и передачу данных. Поскольку световые импульсы полностью закрыты в пределах внешней оболочки, оптоволоконный носитель фактически невосприимчив к внешней интерференции и подслушиванию. Эти качества делают оптоволоконный кабель привлекательным выбором для защищенных сетей или сетей, которые требуют очень быстрой передачи на большие расстояния.
    Поскольку световые импульсы могут двигаться только в одном направлении, системы на базе оптоволоконных кабелей должны иметь входящий кабель и исходящий кабель для каждого сегмента, который будет посылать и получать данные. Волоконный кабель также жёсток и сложен в установке, что делает его самым дорогим типом сетевого носителя. Волоконный носитель требует специальных соединителей — коннекторов и высококвалифицированной установки. Эти факторы в дальнейшем приведут к высокой стоимости внедрения. Одним способом снижения расходов является ограничение использования волоконного кабеля сетевыми магистралями или теми областями, где имеет значение влияние электромагнитного наложения, возгораемость или другие вопросы окружения.
 
Сравнительная характеристика кабелей.
    Любое проектирование, как известно, представляет собой сильно упрощенное моделирование еще не наступившей действительности. Именно поэтому предусмотреть все возможные варианты, учесть все потребности, которые могут возникнуть в будущем, практически невозможно. Однако, при проектировании или расширении сетей, нужно принимать во внимание следующие факторы, перечисленные в табл. 3.
 
    Таблица 3. Сравнительные характеристики кабелей.
Назад