Характеристики линий связи в компьютерных сетях

Инфракрасная связь предусматривает  наличие передатчика и приемника. При подключению к ПК внешнего устройства необходим специальный приемник инфракрасных лучей (трансивер, адаптер), находящийся в прямой зоне видимости с устройством. Он подключается к инфракрасному порту компьютера, который должен быть предусмотрен на материской плате. 

Благодаря высокой  частоте (терагерцы) инфракрасная связь  обеспечивает высокую пропускную способность. В то же время инфракрасным сигналам присущ крупный недостаток: они не могут проникать через стены и другие объекты, а приему мешают сильные источники света.

В инфракрасной среде  передачи данных применяется свет очень  узкого диапазона. Инфракрасные лучи распространяются в зоне прямой видимости или излучаются не направленно, отражаясь от стен и потолков. Передача "точка-точка" позволяет повысить скорость передачи информации, но устройства должны оставаться на своих местах. Кроме того, уменьшается затухание сигнала и затрудняется его перехват. Типичное компьютерное оборудование для такой передачи аналогично пультам дистанционного управления бытовой электроникой. Необходимо только точно сориентировать приемник и передатчик

На рисунке А-9 изображена сеть с инфракрасной передачей «точка-точка».

Инфракрасные системы  с передачей "точка-точка" обладают следующими характеристиками:

• диапазон частот - в инфракрасных коммуникациях используется нижний диапазон световых частот - от 100 ГГц до 1000 терагерц (ТГц);
• стоимость - стоимость зависит от вида используемого оборудования. Системы, действующие на большом расстоянии, где обычно применяются мощные лазеры, могут быть очень дорогими;
• инсталляция - инфракрасные системы коммуникаций "точка-точка" требуют точной установки. Если применяются мощные лазеры, необходимы дополнительные меры предосторожности, поскольку подобные устройства могут привести к ожогам глаз;
• пропускная способность - скорость передачи данных составляет от 100 Кбит/с до 16 Мбит/с (на расстоянии в километр);
• затухание зависит от качества и "чистоты" испускаемого света, а также от общих атмосферных условий и препятствий на пути сигнала;
• электромагнитные помехи - на инфракрасную передачу влияет интенсивный свет. Хорошо сфокусированные лучи препятствуют перехвату информации, поскольку прерывание сигнала сразу становится очевидным. Кроме того, зона возможного перехвата крайне ограничена.

Системы инфракрасной связи с широковещательной передачей позволяют принимать один сигнал нескольким ресиверам. Одним из важных преимуществ подобного решения является мобильность. Рабочие станции или другие устройства гораздо легче перемещать с места на место, чем при коммуникациях

На рисунке А- 10 изображена инфракрасная связь с широковещательной передачей.

Поскольку широковещательные инфракрасные сигналы не сфокусированы, как при передаче "точка-точка", такой тип систем дает более низкую пропускную способность. Обычно она составляет менее 1 Мбит/с, что слишком мало для большинства сетевых приложений. Системы инфракрасной связи с широковещательной передачей обладают следующими характеристиками:

• диапазон частот - в инфракрасных коммуникациях используется нижний диапазон световых частот - от 100 ГГц до 1000 ТГц;
• стоимость - стоимость зависит от требуемого качества света. Стандартное оборудование, применяемое в системах инфракрасной связи, достаточно недорогое. Мощная лазерная аппаратура значительно дороже;
• инсталляция - монтирование систем инфракрасных коммуникаций не представляет особых сложностей. Если устройства имеют хороший доступ и получают сильный сигнал, их можно расположить в любом месте в пределах досягаемости;
• число узлов – из-за низких скоростей в сети подобного типа можно объединить лишь незначительное число компьютеров. Между тем в приложениях, где передаются незначительные объемы данных, можно связать друг с другом любое число устройств. Таким образом, число узлов в сетях подобного типа сильно зависит от конкретного применения;
• затухание - широковещательная инфракрасная передача, как и передача "точка-точка", зависит от качества и "чистоты" испускаемого света, а также от общих атмосферных условий. Поскольку устройства можно легко переместить, препятствия обычно не представляют проблемы;
• электромагнитные помехи - на инфракрасную передачу влияет интенсивный свет. Поскольку широковещательная передача охватывает большую зону, перехватить сигнал здесь гораздо проще.

2 Стандарты линий связи

2.1 Стандарты кабелей на основе экранированной и неэкранированной «витой пары»

Медный неэкранированный кабель UТР в зависимости от электрических и механических характеристик разделяется на 5 категорий (Сategory 1 — Саtegorу 5). Кабели категорий 1 и 2 были определены в стандарте ЕIА/ТIА-568, но в стандарт 568А уже не вошли, как устаревшие.

Кабели категории 1 применяются там, где требования к скорости передачи минимальны. Обычно это кабель для цифровой и аналоговой передачи голоса и низкоскоростной (до 20 Кбит/с) передачи данных. До 1983 года это был основной тип  кабеля для телефонной разводки.

Кабели категории 2 были впервые применены фирмой IВМ при построении собственной кабельной системы. Главное требование к кабелям этой категории —  способность передавать сигналы со спектром до 1 МГц.

Кабели категории 3 были стандартизованы в 1991 году, когда был разработан Стандарт телекоммуникационных кабельных систем для коммерческих зданий (ЕIА-568), на основе которого затем был создан действующий стандарт ЕIА-568А. Стандарт ЕIА-568 определил электрические характеристики кабелей категории 3 для частот в диапазоне до 16 МГц, поддерживающих, таким образом, высокоскоростные сетевые приложения. Кабель категории 3 используется как для передачи данных, так и для передачи голоса. Шаг скрутки проводов равен примерно 3 витка на 30,5 см. Кабели категории 3 сейчас составляют основу многих кабельных систем зданий, в которых они используются для передачи и голоса, и данных.

Кабели категории 4 представляют собой несколько улучшенный вариант кабелей категории 3. Кабели категории 4 обязаны выдерживать тесты на частоте передачи сигнала 20 МГц и обеспечивать повышенную помехоустойчивость и низкие потери сигнала. Кабели категории 4 хорошо подходят для применения в системах с увеличенными расстояниями (до 135 метров) и в сетях Token Ring с пропускной способностью 16 Мбит/с. На практике используются редко.

Кабели категории 5 были специально разработаны для поддержки высокоскоростных протоколов. Поэтому их характеристики определяются в диапазоне до 100 МГц. Большинство новых высокоскоростных стандартов ориентируются на использование витой пары 5 категории. На этом кабеле работают протоколы со скоростью передачи данных 100 Мбит/с — FDDI, Fast Ethernet, 100VС-АnуLAN, а также более скоростные протоколы — АТМ на скорости 155 Мбит/с, и Gigabit Ethernet на скорости 1000 Мбит/с. Наиболее важные электрoмaгнитные характеристики кабеля категории 5 имеют следующие значения:

• полнoе волнoвое сопрoтивление в диапазоне частот до 100 МГц равнo 100 Ом;
• величина перекрестных наводок NЕХТ в зависимости oт частoты 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 дoлжна превышать 5,6 нф на 100 м.

Кабели UТР независимо от их категории выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из четырех пар кабеля обладает определенным цветом и шагом скрутки. Обычно две пары предназначаются для передачи данных, а две другие — для передачи голоса.

Особое место занимают кабели категорий 6 и 7, которые промышленность начала выпускать сравнительно недавно. Для кабеля категории 6 характеристики определяются до частоты 200 МГц, а для кабелей категории 7 — до 600 МГц. Кабели категории 7 обязательно экранируются, причем как каждая пара, так и весь кабель в целом. Кабель категории 6 может быть как экранированным, так и неэкранированным. Основное назначение этих кабелей — поддержка высокоскоростных протоколов на отрезках кабеля большей длины, чем кабель UТР категории 5. Некоторые специалисты сомневаются в необходимости применения кабелей категории 7, так как стоимость кабельной системы при их использовании получается соизмеримой по стоимости сети с использованием волоконно-оптических кабелей, а характеристики кабелей на основе оптических волокон выше.

Экранированная витая пара SТР неплохо защищает передаваемые сигналы от внешних помех, а также меньше излучает электромагнитных колебаний вовне, что защищает, в свою очередь, пользователей сетей от вредного для здоровья излучения. Наличие заземляемого экрана увеличивает стоимость кабеля и усложняет его прокладку, так как требует выполнения качественного заземления. Экранированный кабель используется только для передачи данных, голос по нему не передают.

Основным стандартом, определяющим параметры экранированной витой пары, является фирменный стандарт IВМ. 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 IВМ. Он состоит из 2-х пар скрученных проводов, экранированных проводящей оплеткой, которая заземляется. Электрические параметры кабеля Туре 1 примерно соответствуют параметрам кабеля UТР категории 5. Однако волновое сопротивление кабеля Туре 1 равно 150 Ом (UТР категории 5 имеет волновое сопротивление 100 Ом), поэтому простое «улучшение» кабельной проводки сети путем замены неэкранированной пары UТР на SТР Туре 1 невозможно. Трансиверы, рассчитанные на работу с кабелем, имеющим волновое сопротивление 100 Ом, будут плохо работать на волновое сопротивление 150 Ом. Поэтому при использовании SТР Туре 1 необходимы соответствующие трансиверы. Такие трансиверы имеются в сетевых адаптерах Token Ring, так как эти сети разрабатывались для работы на экранированной витой паре. Некоторые другие стандарты также поддерживают кабель SТР Туре 1 — например, 100VG-AnyLAN, а также Fast Ethernet (хотя основным типом кабеля для Fast Ethernet  является UТР категории 5). В случае если технология может использовать UТР и SТР, нужно убедиться, на какой тип кабеля рассчитаны приобретаемые трансиверы. Сегодня кабель SТР Туре 1 включен в стандарты EIA\TIA-568A, ISO 11801 и ЕN50173, то есть приобрел международный статус.

Экранированные витые  пары используются также в кабеле IВМ Туре 2, который представляет кабель Туре 1 с добавленными 2 парами неэкранированного провода для передачи голоса. Для присоединения экранированных кабелей к оборудованию используются разъемы конструкции IВМ.

2.2  Стандарты волоконно-оптических кабелей

Как уже говорилось во второй главе, волоконно-оптические кабели состоят из центрального проводника света (сердцевины) — стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла — оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. 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; многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления; одномодовое волокно.

Понятие «мода» описывает  режим распространения световых лучей во внутреннем сердечнике кабеля. В одномодовом кабеле (SМF) используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света — от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света ⁵распространяются 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.

В многомодовых кабелях (ММF) 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. 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 и 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 многомодовых кабелей используются более дешевые светодиодные излучатели.