Кабели на основе неэкранированной витой пары (UnshieldedTwistedPair - UTP)

Стандартом определено 5 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. Витая пара

Таблица 1. Категории кабелей на основе неэкранированной витой пары

Категория	Характеристики
	Телефонный кабель для передачи аналоговых сигналов
	Кабель из 4 витых пар, способный передавать данные со скоростью 4 Мбит/с
	Кабель из 4 витых пар, способный передавать данные со скоростью 10 Мбит/с
	Кабель из 4 витых пар, способный передавать данные со скоростью 16 Мбит/с
	Кабель из 4 витых пар, способный передавать данные со скоростью 100 Мбит/с

Наиболее важные электромагнитные характеристики кабеля 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.

Сравнивая витую пару с другими кабелями, можно отметить, что он отличается простым монтажом, но подвержен помехам. Кабель относительно дешевый, но с низкой секретностью информации. Передача в нем по методу точка-точка (один приемник и один передатчик), для монтажа витой пары обычно используется топология звезда.

Для соединения кабелей с оборудованием используются вилки и розетки RJ-45, представляющие 8-контактные разъемы, похожие на обычные телефонные разъемы RJ-11 (рис. 2).

Рис. 2.Разъем RJ-45

Кабели на основе экранированной витой пары

(ShieldedTwistedPair - STP)

Экранированная витая пара STP хорошо 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 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: Type I, Type2,..., Type 9.

Основным типом экранированного кабеля является кабель Type 1 стандарта IBM. Он состоит из 2-х пар скрученных проводов, экранированных проводящей оплеткой, которая заземляется. Электрические параметры кабеля Type 1 примерно соответствуют параметрам кабеля UTP категории 5, однако волновое сопротивление кабеля Type 1 равно 150 Ом.

Для присоединения экранированных кабелей к оборудованию используются разъемы конструкции IBM.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель (coaxial cable) -"коаксиальный" означает "соосный". Сигнал в кабеле распространяется по центральной медной жиле, контур тока замыкается через внешний экранирующий слой.

Коаксиальные кабели вызывают минимальное внешнее электромагнитное излучение. При заземлении экрана в нескольких точках по нему начинают протекать выравнивающие токи. Такие токи могут стать причиной внешних наводок (иной раз достаточных для выхода из строя интерфейсного оборудования). Именно это обстоятельство является причиной требования заземления кабеля локальной сети только в одной точке.

Виды коаксиального кабеля:

· Широкополосный коаксиальный кабель не восприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высока. Скорость передачи данных равна 500 Мбит/с. При передаче информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется усилитель (репитер, повторитель). Поэтому суммарное расстояние при передаче данных увеличивается до 10 км. Для компьютерных сетей с топологией "шина" или "дерево" коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).

· Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 см. Его называют еще толстый Ethernet (thick) или желтый кабель (yellow cable). Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие повышенной помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям.
Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м (если общая длина сети больше 500 м, ее необходимо разбить на сегменты, соединенные друг с другом через репитеры), а общее расстояние сети Ethernet - около 3000 м.

Существует большое количество типов коаксиальных кабелей, используемых в сетях различного типа - телефонных, телевизионных и компьютерных.

Для организации компьютерных сетей используются два типа коаксиальных кабелей:

· тонкий коаксиальный кабель;

· толстый коаксиальный кабель.

Провод содержит в себе центральный проводник из меди, слой изолятора в медной или алюминиевой оплетке (это экран от электромагнитных помех) и внешнюю ПВХ изоляцию. Максимальная скорость передачи данных - 10 Мбит/сек. Длина сегмента тонкого коаксиала до 185 метров. Такой провод имеет диаметр около 5 мм. (рис. 3)

Рис. 3.Коаксиальный кабель

С сетевой картой кабель соединяется через BNC (БИ ЭН СИ) разъем байонетного типа с поворотом ( рис. 4).

Рис. 4.Разъем BNC

Тонкий коаксиальный кабель – гибкий кабель диаметром примерно 0,5см. 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

Кабель	Характеристики кабеля
RG58 /U	Сплошная медная жила
RG58 A/U	Переплетенные провода
RG58 C/U	Военный стандарт для RG58 A/U
PK50	Отечественный аналог

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.

В сравнении с витой парой каоксиал дороже, его ремонт сложнее, гибкость хуже (особенно, у толстого кабеля). Оплетка кабеля (медная или из алюминиевой фольги) уничтожает помехи, искажающие сигнал. Применяют коаксиальный кабель, обычно, в топологии шина, при этом используется многоточечная передача сигнала (много приемников и много передатчиков).

В таблице 3 приведены характеристики каналов, базирующихся на обычном и широкополосном коаксиальном кабеле.

Таблица 3. Характеристики каналов, базирующихся на обычном и широкополосном коаксиальном кабеле

	Стандартный кабель	Широкополосный кабель
Максимальная длина канала	2 км	10-15 км
Скорость передачи данных	1-50 Мбит/с	100-140 Мбит/с
Режим передачи	Полудуплекс	Дуплекс
Ослабление влияния электромагнитных и радиочастотных наводок	50 дБ	85 дБ
Число подключений	< 50 устройств	1500 каналов с одним или более устройств на канал

Волоконно-оптический кабель

Оптоволоконный кабель (fiber optic) - в волоконно-оптическом кабеле данные передаются с помощью световых импульсов, проходящих по оптическому волокну. Сердечник такого кабеля изготовлен из стекла или пластика. Сердечник окружается слоем отражателя, который направляет световые импульсы вдоль кабеля. Волоконно-оптические линии предназначены для передачи больших объемов данных на высоких скоростях.

Свет (длина волны λ ~ 1350 или 1500 нм) вводится в оптоволокно (диаметром менее 100 μ - микрон, микрометров) с помощью светоизлучающего диода или полупроводникового лазера. Центральное волокно покрывается слоем (клэдинг), коэффициент преломления которого меньше, чем у центрального ядра (стрелками условно показан ход луче2й света в волокне). Для обеспечения механической прочности извне волокно покрывается полимерным слоем.

Упрощенная схема кабеля

Рис.5 Волоконно-оптический кабель

Данные передаются по кабелю с помощью лазерного (lasertransmitter) или светодиодного (LED, light-emittingdiodetransmitter) 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 (photodiodereceiver), преобразующим световые импульсы в электрический сигнал, который сможет использовать получающий компьютер.

Существует несколько типов оптических волокон, обладающих различными свойствами. Они отличаются друг от друга зависимостью коэффициента преломления от радиуса центрального волокна (рис.6). Конструкций световодов и оптических волокон очень много, но основных типов два:

многомодовый;

одномодовый.

Понятие "мода" связано с характером распространения электромагнитных волн. Установлено, что, придавая световым импульсам определенную форму (обратный гиперболический косинус), дисперсионные эффекты можно полностью исключить. При этом появляется возможность передавать импульсы на расстояние в тысячи километров без искажения их формы. Одномодовый вид волокна воспринимает меньшую долю света на входе, зато обеспечивает минимальное искажение сигнала и минимальные потери амплитуды. Следует также иметь в виду, что оборудование для работы с одномодовым волокном значительно дороже. Центральная часть одномодового волокна имеет диаметр 3-10 μ, а диаметр клэдинга составляет 30-125 μ.

Число мод, допускаемых волокном, в известной мере определяет его информационную емкость. Модовая дисперсия приводит к расплыванию импульсов и их взаимному искажению. Дисперсия зависит от диаметра центральной части волокна и длины волны света.

Рис. 6 Типы оптического кабеля

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 многомодовыхволокон – 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 жесток и сложен в установке, что делает его самым дорогим типом сетевого носителя. Волоконный носитель требует специальных соединителей - коннекторов и высококвалифицированной установки. На рис.5 показан оптический коннектор типа ST, который соединяется с кабелем клеевым способом, т. е. путем вклейки оптического волокна в наконечник с последующей сушкой и шлифовкой. Коннекторы для монтажных и соединительных шнуров различаются диаметром хвостовика (соответственно 0,9 и 3,0 мм) и отсутствием у первых элементов крепления кабеля. Одномодовые и многомодовые коннекторы различаются требованиями к допускам на параметры капилляра керамического наконечника.

Рис. 5.Разъём оптический MM ST/PC для многомодового оптоволокна

Для преобразования светового сигнала в электрический используют оптоволоконный трансивер (приемо-передатчик), он довольно дорогой. На рис. 6 показан трансивер Trycom TRP-C39 для многомодового кабеля.

Рис. 6.Трансивер Trycom TRP-C39 для многомодового кабеля

Трансивер TRP-C39 осуществляет двунаправленное преобразование сигналов RS-232/422/485 в световые импульсы для передачи по оптическому волокну. Особенности:

• Автоматическое определение скорости передачи данных (от 300 до 115200 бит/с)
• Гальваническая развязка с напряжением пробоя изоляции 3000V пост.тока
• Светодиодные индикаторы Питание/Передача/Прием (Power/TX/RX)
• Допустимая протяженность оптоволоконной линии до 2км
• Крепление на стену / на DIN-рейку
• Интерфейсы: RS-232/422/485 в многомодовое (Multi-mode) оптоволокно
• Длина волны: 850 нм
• Скорости передачи данных : от 300bps до 115.2kbps
• ПоддержкаОС : Windows/Linux/Unix/MAC

Контрольные вопросы

1. Перечислите, нарисуйте внешний вид изученных типов кабелей и обозначьте их основные конструкционные элементы.

2. Составьте сравнительную характеристику кабелей в виде таблицы

Тип кабеля	Скорость передачи, Мбит/с	Длина передачи, м	Простота установки	Помехоустойчивость	Стоимость

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №5

ЗАДАНИЕ ДИАПАЗОНА IP-АДРЕСОВ

Цель работы: научиться преобразовывать IP-адреса и маски подсетей, а также анализировать правильность выбора масок подсетей и IP-адресов узлов, сетей.

В заголовке IP- пакета для IP-адресов получателя и отправителя отводится по 32 бита (4 байта). Наиболее часто IP-адрес записывают в виде четырех однобайтовых чисел, разделенных точкой.

Пример 1

Записи IP-адреса в различных форматах:

десятичная: 219.17.25.157

двоичная: 11011011.00010001.00011001.10011101

шестнадцатеричная: DB11199D

Если узел IP-сети имеет несколько сетевых интерфейсов, каждому из них присваивается отдельный IP-адрес. Например, если узел имеет два сетевых интерфейса, с помощью которых он подключен к двум “локальным” сетям, его сетевым интерфейсам будут сопоставлены два IP-адреса.

Способы назначения адресов:

1. администратором (вручную), с помощью утилит конфигурирования операционной системы (ОС);

2. автоматически, с помощью протокола динамической конфигурации узла DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol, RFC 2131).

IP-адреса состоят из двух частей – номера сети и номера узла. Номер сети идентифицирует в интерсети подсеть, к которой принадлежит узел, номер узла однозначно определяет узел внутри подсети. Для разделения IP-адреса на части используют две схемы:

- на основе классов адресов,

- на основе масок.