Физические параметры оптических волокон
Кабельные системы
Кабель (cable), используемый для построения компьютерных сетей, представляет собой сложную конструкцию, состоящую, в общем случае, из проводников, изолирующих и экранирующих слоев. В современных сетях используются три типа кабеля:
коаксиальный кабель (coaxial cable);
"витая пара" (twisted pair);
Оптоволоконный кабель (fiber optic).
Каждый тип кабеля отличается от других внутренним устройством и обладает целым набором технических характеристик, влияющих на основные потребительские параметры сетей:
| Тип кабеля | Характеристика | |
| Максимальное расстояние передачи | Максимальная скорость передачи | |
| Коаксиальный кабель | 185 – 500 м | 10 Мбит/с |
| "Витая пара" | 30 – 100 м | 10 Мбит/с – 1 Гбит/с |
| Оптоволоконный кабель | 2 км | 10 Мбит/с – 2 Гбит/с |
Сети на основе коаксиального кабеля.
На сегодня это далеко не самая распространенная, и не самая удобная технология. Но начать изложение с него нужно по историческим причинам. Первые сети Ethernet были построены на протоколе 10base5, использующей в качестве электрической среды передачи данных "толстый" коаксиальный кабель (ThickNet). Использовать его практически оказалось не слишком удобно, и практически сразу появился более простой и дешевый вариант 10base2, использующий "Тонкий" коаксиальный кабель (ThinNet).
Рис. 7.1. Коаксиальные кабели
Как правило, "толстый" коаксиал производился ярко-желтого цвета. "Тонкий" изготовляли черным, реже серым. Из-за высокой цены и сложностей в инсталляции, первый вариант в России воспринимается как экзотика, и найти работающую сеть на его основе - огромная проблема. Тем не менее, общее представление о нем желательно иметь. Возможно, не будь эта технология столь дорогой и устаревшей, она смогла бы, благодаря удобной топологии и работе на большие расстояния, найти широкое применение в домашних (кампусных) сетях.
В сетях 10base5 и 10base2 применяются только кабеля, имеющие волновое сопротивление 50 Ом. В качестве основного топологического элемента, используется сегмент. Так называется общая длина кабеля между двумя терминаторами, устанавливаемыми на обоих концах сети (один из них должен быть заземлён).
В случае, если необходима сеть большего размера, несколько сегментов (или компьютеров) можно соединить при помощи репитеров (repeater), которые восстанавливают уровень сигнала и передают его на несколько портов.
В сети не может быть более 5 сегментов, 4 репитеров, и только 3 сегмента могут иметь подключенные устройства. Остальные 2 служат только для увеличения протяженности сети. Это ограничение более известно, как правило (5/4/3), и применяется ортодоксальными стандартами для всех сетей Ethernet.
Особенности сетей, использующих "толстый" коаксиальный кабель и протокол передачи данных 10base5, показаны на следующей схеме.
Рис. 7.2. Схема сети на "толстом" коаксиальном кабеле
· Каждый компьютер подсоединяется к главному кабелю (магистраль, backbone) с помощью специального "кабеля снижения" (drop cable). Этот кабель, в свою очередь, присоединяется к AUI-порту сетевого адаптера.
· Стандарт 10Base5 поддерживает до 100 узлов на сегмент (расстояние между узлами кратно 2,5 метрам).
· Максимальная длина не более 500 метров;
· Главный кабель RG-8, RG-11. Сокращение RG означает кабель, от "Radio Grade" - волновод.
· Используются коннекторы N-типа.
· Напряжение пробоя изоляции между узлами - 5 кВ.
· Наружный диаметр 10 мм, центральный проводник - 2,17 мм, затухание на частоте 10 МГц в районе 70 dB/км (подробнее значение этого параметра будет дано в разделе, посвященном кабелям на основе витой пары).
· Кабель снижения состоит из витых пар, может иметь длину до 50 метров. Используются разъемы типа DB15 (15 контактов), более известные под названием "AUI". Внешне они похожи на известные DB9 (RS-232, 9 контактов).
Особенности сетей, использующих "тонкий" коаксиальный кабель и протокол передачи данных 10base2 показаны ниже.
Рис. 7.3. Схема сети на "тонком" коаксиальном кабеле
· К одному сегменту не может быть подключено более 30 устройств, длина которого должна составлять не более 185 м. Минимальное расстояние между ними составляет 0.5 метра. Таким образом, в локальной вычислительной сети может быть максимум 90 компьютеров.
· Кабель RG58/U (одна центральная жила), RG58A/U, RG58C/U (негорючий материал диэлектрика).
· Напряжение пробоя изоляции между узлами - 100 Вольт.
· Наружный диаметр около 5 мм, центральный проводник - 0,8 мм, затухание на частоте 10 МГц около 160 dB/км.
· Применяются разъемы BNC-типа. Для подключения сетевых адаптеров к кабелю используются специальные Т-коннекторы (T-Connector).
Сети на "тонком" коаксиальном кабеле сравнительно широко распространены. Эта технология до недавнего времени была достаточно удобна для небольших (до 5-10 компьютеров) сетей. Как основное достоинство по сравнению с витой парой выделялось отсутствие активного оборудования. Однако, в последнее время применяющиеся в подобных сетях хабы (коммутаторы) так сильно подешевели, что делать новую сеть на коаксиальном кабеле не имеет ни малейшего смысла.
Аргументы против коаксиального кабеля достаточно серьезны:
· ограничение скорости в 10 Мбит;
· коаксиальный кабель примерно на 30-40% дороже, чем витая пара;
· низкая технологичность инсталляции, сложность в эксплуатации;
· рассоединение шины в любом месте полностью нарушает работоспособность сети, вызывая известный среди сетевых администраторов прошлого "бег вдоль сети с терминатором";
· низкая устойчивость к статическому напряжению и грозовым наводкам;
Все эти причины привели к тому, что в корпоративных сетях (и по распространенному стандарту TIA-568A) коаксиальный кабель просто не рассматривается как возможная среда передачи данных. По возможности, его стараются не применять даже для телевизионной проводки.
Физические параметры оптических волокон.
Принцип работы оптоволоконной линии не сложен. Источником распространяемого по оптическим кабелям света является светодиод (или полупроводниковый лазер), а кодирование информации осуществляется двухуровневым изменением интенсивности света (0-1). На другом конце кабеля принимающий детектор преобразует световые сигналы в электрические.
Для передачи информации мало создать световую волну, надо ее сохранить и направить в нужном направлении. В однородной среде свет (электромагнитная волна) распространяется прямолинейно, но на границе изменения плотности среды по оптическим законам происходит изменение направления (отражение), или преломление.
В используемых в настоящее время схемах луч от светодиода или лазера впускают в более плотную среду, ограниченную менее плотной. При правильном подборе материалов, происходит эффект полного отражения (преломление отсутствует). Таким образом, транспортируемый сигнал "идет" внутри замкнутой среды, проделывая путь от источника сигнала до его приемника.