Управляемые носители информации. Витая пара. Коаксиальный кабель.

Носители можно разделить на две категории: управляемые носители, такие как медный провод и оптоволоконный кабель, и неуправляемые, например радиосвязь и передача по лазерному лучу без кабеля.

Витая пара

Этот носитель состоит из двух изолированных медных проводов, обычный диаметр которых составляет 1 мм. Провода свиваются один вокруг другого в виде спирали. Это позволяет уменьшить электромагнитное взаимодействие нескольких расположенных рядом витых пар. (Два параллельных провода образуют простейшую антенну, витая пара – нет).

Самым распространенным применением витой пары является телефонная линия, почти все телефоны соединяются с телефонными компаниями при помощи этого носителя.

Витая пара может передавать сигнал без ослабления мощности на расстояние, составляющее несколько километров. На более дальних расстояниях потребуются повторители. Витые пары могут использоваться для передачи как аналоговых, так и цифровых данных. Полоса пропускания зависит от диаметра и длины провода. Но в большинстве случаев на расстоянии до нескольких километров может быть достигнута скорость несколько мегабайт в секунду.

Витые пары применяются в нескольких вариантах. Два из которых особенно важны в области компьютерных сетей. Витые пары категории 3 состоят из двух изолированных проводов, свитых друг с другом. Четыре такие пары обычно помещаются внутри пластикового кабеля.

Начиная с 1988 года в офисах стали использоваться новые витые пары категории 5. разница, что они имеют большее количество витков на сантиметр длины провода. Это позволяет еще сильнее уменьшить наводки между различными каналами и улучшить качество передачи сигнала на большие расстояния. Уже разработаны кабели категории 6 и 7, способные передавать сигнал с полосой пропускания соответственно 250 и 600 МГц (сравните с полосами в 16 и 100 МГц для категории 3 и 5).

Все эти типы соединений часто называют UTP (неэкранированная витая пара), в противоположность громоздким дорогим экранированным кабелям из витых пар корпорации IBM.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель лучше экранирован чем витая пара, поэтому обеспечивает передачу данных на более дальние расстояния с более высокими скоростями. Широко применяются два типа кабеля. Один из них, 50-омный, используется для передачи цифровых данных, 75-омный используется для передачи аналоговой информации. А также в кабельном телевидении.

Коаксиальный кабель состоит из покрытого изоляцией твердого медного провода. Расположенного в центре кабеля. Поверх изоляции натянут цилиндрический проводник, выполненный в виде мелкой медной сетки. Он покрыт наружным защитным слоем изоляции.

Максимальная пропускная способность зависит от качества. Длины и соотношения сигнал/шум линии. Современные кабели имеют полосу пропускания около 1 ГГц. Применяются в телефонных системах, кабельном телевидении, региональных сетях.

Управляемые носители информации. Волоконная оптика. Оптоволоконные сети.

Носители можно разделить на две категории: управляемые носители, такие как медный провод и оптоволоконный кабель, и неуправляемые, например радиосвязь и передача по лазерному лучу без кабеля.

Волоконная оптика

Сегодняшний практический предел в 10 Гбит/с обусловлен нашей неспособностью быстрее преобразовывать электрические сигналы в оптические и обратно.

Оптоволоконная система передачи данных состоит из трех основных компонентов: источника света, носителя, по которому распространяется световой сигнал и приемника сигнала. Или детектора. Световой импульс принимают за единицу, а отсутствие импульса – за ноль. Свет распространяется в сверхтонком стеклянном волокне. При попадании на него света детектор генерирует электрический импульс. Присоединив к одному концу оптического волокна источник света, а к другому – детектор, мы получим однонаправленную систему передачи данных.

Про каждый луч говорят, что он обладает некоторой модой, а оптическое волокно, обладающее свойством передавать сразу несколько лучей, называется многомодовым. Однако, если уменьшить диаметр волокна до нескольких длин волн света, то волокно начинает действовать подобно волноводу, и свет может двигаться только по прямой линии, без отражений от стенок волокна. Такое волокно называется одномодовым. Оно стоит дороже, но может использоваться при передаче данных на сверхбольшие расстояния. Сегодняшние одномодовые волоконные линии могут работать со скоростью 50 Гбит/с на расстоянии до 100 км.

Структура оптоволоконного кабеля схожа с коаксиальным проводом. В центре оптоволоконной жилы располагается стеклянная сердцевина, по которой распространяется свет. В многомодовом оптоволокне диаметр сердечника составляет 50 мкм, что примерно равно толщине человеческого волоса. Сердечник в одномодовом волокне имеет диаметр от 8 до 10 мкм.

Сердечник покрыт слоем стекла с более низким, чем у сердечника, коэффициентом преломления. Он предназначен для более надежного предотвращения выхода света за пределы сердечника. Внешним слоем служит пластиковая оболочка. Защищающая остекление. Оптоволоконные жилы обычно группируются в пучки, защищенные внешней оболочкой (футляром).

Для передачи сигнала по оптоволоконному кабелю могут использоваться два типа источника света: светоизлучающие диоды (LED, Light Emitting Diode) и полупроводниковые лазеры.

Приемный конец оптического кабеля представляет собой фотодиод, генерирующий электрический импульс, когда на него падает свет. Обычное время срабатывания фотодиода – 1 нс, что ограничивает скорость передачи данных до 1 Гбит/с.

Оптоволоконные сети

Волоконная оптика может использоваться как для междугородной связи, так и для локальных сетей, хотя ее установка значительно сложнее, чем Ethernet. Одним из вариантов соединения оптических кабелей в локальную сеть является кольцо, которое можно рассматривать как набор соединений «точка-точка».

Интерфейс каждого компьютера пропускает свет далее по кольцу, а также служит Т-образным соединением, позволяющим данному компьютеру принимать и передавать сообщения.

Применяются два типа интерфейсов. Пассивный интерфейс состоит из двух ответвлений, вплавленных в основной кабель. На конце одного ответвления устанавливается светодиод или лазерный диод, а на другом конце размещается принимающий фотодиод. Само разветвление является абсолютно пассивным элементом и поэтому в высшей степени надежным, поскольку поломка светодиода или фотодиода не приводит к выходу из стоя всей сети. Отрезанным остается только один компьютер.

Другим типом является активный повторитель. Входящий световой импульс преобразуется в нем в электрический сигнал, усиливается при необходимости до требуемого уровня и снова пересылается в виде светового пучка. Интерфейс с компьютером представляет собой обыкновенный медный провод, соединяющий его с регенератором сигнала. Чисто оптические повторители сейчас тоже используются, эти устройства работают на больших скоростях.

При поломке активного повторителя кольцо разрывается и вся сеть выходит из строя. С другой стороны. Поскольку сигнал регенерируется каждым интерфейсом, соединения между компьютерами могут быть многокилометровой длины.