Построение и установка локальной сети
Построение и установка локальной сети
Лабораторная работа по курсу
“Вычислительные системы, сети и телекоммуникации”
версия от 18.02.15
Рыбинск – 2005
ВВЕДЕНИЕ
В современных условиях развития бизнеса для любого предприятия или организации, которые успешно работают на рынке или находятся в стадии расширения или реорганизации, становится необходимым поиск решений, способных оптимизировать работу сотрудников, сделать ее более продуктивной, словом, можно говорить о возникновении потребности в построении локальной сети передачи данных (LAN).
2.ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью лабораторной работы является изучение принципов построения и настройки локальной вычислительной сети.
.
3.КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
http://www.corbina.ru/~gasya/homelan/oglavl.htm
Компоненты сети
Сеть обычно состоит из:
- сетевых адаптеров для ПК и сетевых кабельных систем;
- сетевого коммуникационного оборудования, такого как концентраторы и коммутаторы, мосты и маршрутизаторы;
- сетевой операционной системы;
- ПК и периферийных устройств, таких как принтеры.
Установка сетевой карты
Сетевой адаптер может быть встроенный, внутренний и внешний. Встроенный сетевой адаптер чаще всего уже встроен в материнскую плату. Внутренний - устанавливается в соответствующий разъем шины данных, расположенный на материнской плате (чаще всего PCI). Внешний сетевой адаптер может подключаться, например, к порту USB.
При установке внутреннего сетевого адаптера обратите внимание на следующее.
· Убедитесь, что компьютер выключен. После этого откройте корпус компьютера и осмотрите его внутренности на предмет подходящих слотов (монтажных разъемов).
· Выбрав один из них, выньте заглушку напротив него и вставьте в свободное гнездо сетевую плату.
Поскольку Windows поддерживает технологию Plug-and-Play, система сама автоматически обнаружит сетевой адаптер и установит необходимые сетевые драйверы.
Если ОС не поддерживает данный сетевой адаптер, то после включения питания Windows найдет его, и попросит вставить диск с драйверами, после чего скопирует необходимые файлы на жесткий диск.
В настоящее время наиболее широко распространена технология Ethernet и её модификация Fast Ethernet (Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet – используются только для построения магистральных линий типа коммутатор-коммутатор).
Наиболее распространенными спецификациями технологии (Fast)Ethernet являются 10Base-T, 100Base-T4 (реже 100Base-TХ).
Для 10-мегабитной сети используется неэкранированный кабель (UTP) категорий 3 и 5, для 100-мегабитных — только категории 5 (и 5е). Экранированную витую пару (STP) имеет смысл применять только при наличии в зоне прокладки кабеля сильных электромагнитных помех, в обычных же бытовых помещениях она не обязательна. Для подключения другого типа кабеля (например, оптоволокна)применяются соответствующиепорты коммутаторовилиMedia-конверторы.
Монтаж кабеля
Горизонтальная разводка может начинаться от настенных розеток и сводиться напрямую в центральную аппаратную комнату, где будут находиться все сетевые коммутационные панели, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы и другие подобные устройства. Такая кабельная система называется Локализованной магистралью (collapsed backbone). Это решение явно лучше, поскольку основная техническая поддержка сетевой инфраструктуры производится только в одном месте, а не распределяется по всем удаленным областям сети.
Прокладка кабеля
Прокладка сетевого кабеля может быть простой, если надо просто купить в компьютерном магазине нескольких готовых кабелей и прикрепить их к плинтусу, или сложной в случае, когда необходимо соединить с сетевой магистралью тысячу рабочих станций в офисном здании с множеством помещений. Прокладка кабеля - это часть процесса создания ЛВС, которая обычно поручается сторонним специалистам, но не из-за того, что это технически очень трудновыполнимая работа. Просто она утомительна и требует много времени. Однако, как и большинство профессионалов, укладчики кабеля с соответствующим инструментом и навыками могут сделать всю работу так, что со стороны будет казаться, что это легко и быстро.
Несмотря на то, что для небольшой сети может использоваться готовый кабель, скрытая внутренняя проводка (когда кабель спрятан в стены и потолки) использует кабель в бухте. Создание такой проводки (предполагается, что будет применен какой-либо общедоступный сегодня тип кабеля, такой как UTP или оптоволокно) должно включать в себя несколько основных этапов.
1. Продумать план, описывающий местоположение кабельных узлов, куда будут сходиться все кабели, и настенных розеток.
2. Проложить кабель через стены и потолки до каждой рабочей станции.
3. Установить настенную розетку рядом с каждой рабочей станцией и присоединить конец кабеля к контактам розетки.
4. В кабельном узле разместить на стене коммутационную панель и вставить каждый подведенный кабель в разъем панели.
5. Протестировать каждое соединение с применением соответствующего оборудования.
6. Используя готовые фабричные коммутационные кабели, соединить порты коммутационной панели с соответствующим концентратором, а компьютеры - с гнездами настенных розеток. Конечно, данное описание значительно упрощает процесс, ввиду чего стоит рассмотреть некоторые этапы более детально.
Планирование
Планирование - это отдельная, наиболее важная часть процесса создания всей сети. Необходимо знать точное расположение каждого абонентского отвода кабеля, при этом лучше, если оно будет отмечено на плане этажа, с тем, чтобы его можно было отследить во время прокладки сети. Через стены и потолки могут быть пропущены сотни идентичных кабелей, и если не будет соответствующей организации дела, то результатом явится беспорядок. План должен быть разработан с учетом требований протокола Канального уровня, правил эксплуатации здания и пожарной безопасности для того, чтобы в дальнейшем не пришлось вытаскивать все кабели. Конечно, могут возникнуть сюрпризы, вызванные планировкой помещений и конструкцией здания, которые вынудят изменить план в середине его осуществления. Для этого в бюджете должен быть предусмотрен 10%-ный резерв.
Протяжка кабеля
Непосредственно сам процесс протяжки кабеля начинается от места размещения сервера или информационного центра, где планируется разместить коммутационную панель. Коммутационная панель или патч-панель (patch panel) - это вмонтированная в стену конструкция, которая содержит гнезда для всех планируемых к укладке кабелей. Она и будет кабельным узлом - местом начала всех кабелей.
Кабель обычно поставляется в больших бухтах. Расположив эту бухту около коммутационной панели, можно начать сматывать кабель и протягивать его к месту расположения первого отвода. Как это будет делаться, зависит от планировки здания. В современном офисе с полыми стенами и подвесными потолками кабель обычно протягивается над потолком до приблизительно оцененного местоположения отвода, а затем по стене опускается вниз к отверстию под настенную розетку.
Однако, прежде чем начать проталкивать конец первого кабеля над подвесным потолком, надо убедиться, что он помечен. Большинство укладчиков кабеля применяют различные липкие наклейки с каким-либо кодом, по которому они смогут в дальнейшем осуществить его идентификацию. Вместе с кабелем можно протащить длинную ленту или бечевку, которую впоследствии можно использовать, если понадобится проложить дополнительный кабель в то же самое место. Тогда достаточно присоединить кабель к одному концу ленты и потянуть за другой конец.
Один из инструментов, требуемый для протяжки кабеля над подвесным потолком, представляет собой тонкий телескопический шест длиной 10 или 15 футов (около 3 или 4,5 м) с зажимом на конце для фиксации кабеля. Передний конец кабеля присоединяется к шесту, находящемуся в собранном состоянии. Затем шест раздвигается над потолком во всю свою длину. Этот инструмент удобен в тех ситуациях, когда надо проложить кабель, не рассчитывая на кого-либо еще. Без него пришлось бы приставить лестницу, затем как можно дальше пробросить над потолком петлю кабеля, а после взять еще одну лестницу, чтобы принять кабель на противоположной стороне комнаты.
Когда кабельная разводка производится над подвесным потолком, необходимо опустить каждый кабель по внутренней стороне стены до настенной розетки. Для этой цели применяется еще один инструмент, называемый fish tape. Он похож на кусок проволоки, который используют водопроводчики для чистки труб, и тоже имеет зажим для фиксации кабеля на конце. Проволока достаточно гибкая (похожа на мерную линейку) для того, чтобы протолкнуть кабель внутри стены от потолка к полу или наоборот. Как только отрезок кабеля достигнет настенной розетки, протаскиваются еще несколько дополнительных метров, чтобы ослабить натяжение, и кабель отрезается от бухты, причем надо не забыть пометить конец таким же кодом, как и начало.
На каждом этапе этого процесса могут встретиться непредвиденные сложности. Может обнаружиться, что стены пронизаны деревянными или металлическими гвоздями, или имеют горизонтальные барьеры на полпути между потолком и полом. Внутри подвесных потолков кабелю, возможно, придется огибать крепления светильников или другие препятствия.
1.Проложите кабель по нужному пути, не допуская перекручиваний и повреждений. Оставьте с каждой стороны запас около 2-3 м на случай возможных перестановок компьютеров и для удобства монтажа разъемов.
2. 
Закрепите разъемы на концах кабеля в соответствии с нужной схемой
Рис. 1 Patch cord
Для постановки сети используется патч-кабель (патч-корд), т.е. кабель с закрепленными разъемами (вилками) RJ-45 на концах
Patch cord - отрезок провода витая пара (UTP), с обжатыми на его концах вилками RJ-45, для подключения компьютера к сетевой розетке. Бывает 3-й и 5-й категории, а также обжат в соответствии с различными стандартами 568A или 568B. Стандарт зависит исключительно от уже используемого в вашей сети.
Провод patch cord можно купить готовый или можно изготовить самостоятельно, просто установив на концы отрезка UTP кабеля две вилки RJ-45 и обжав их специальным инструментом.
Внимание в сети применяется два типа соединения с соответствующей последовательностью расположения проводов (вариантами заделки проводов): «компьютер - компьютер» и «компьютер - хаб».
На рисунке 2 показано соединение сетевая карта - сетевая карта так же соединяются и “хабы” друг с другом (100Base-T4).
 | одна сторона цвет провода другая сторона бело/зеленый зеленый бело/оранж. синий бело/синий оранжевый бело/коричн. коричневый |  |
Рисунок 2.–Соединение «карта – карта» (компьютер- компьютер) или “хаб”- “хаб”
(другое изображение этого же соединения см. ниже)
При соединении “хаб” – сетевая карта (рисунок 3) расположение проводов должно быть следующим:
| | одна сторона цвет провода другая сторона бело/зеленый зеленый бело/оранж. синий бело/синий оранжевый бело/коричн. коричневый |  |
Рисунок 3 Соединение компьютер – “хаб” (другое изображение этого же соединения см. ниже)
Разводка кабеля витая пара для соединения компьютер - хаб
Если кабель содержит только две пары:
 10Base-T/100Base-TX | ||
| одна сторона | цвет провода | другая сторона |
| бело/оранж | ||
| оранжевый | ||
| бело/синий | ||
| синий |
Для восьмижильного кабеля (четыре пары). Выбор варианта заделки 568A или 568B зависит исключительно от принятого в вашей сети. Оба этих варианта эквивалентны. (соед. комп.-хаб)
| EIA/TIA-568A | ||
| одна сторона | цвет провода | другая сторона |
| бело/зеленый |  1 | |
| зеленый | ||
| бело/оранж | ||
| синий | ||
| бело/синий | ||
| оранжевый | ||
| бело/коричн. | ||
| коричневый |
| EIA/TIA-568B, AT&T 258A | ||
| одна сторона | цвет провода | другая сторона |
| бело/оранж |  1 | |
| оранжевый | ||
| бело/зеленый | ||
| синий | ||
| бело/синий | ||
| зеленый | ||
| бело/коричн. | ||
| коричневый |
 |
Розетка RJ-45
Разводка кабеля витая пара
для соединения двух компьютеров напрямую
| "Cross-over" ("нуль-хабный") кабель | ||||||
| одна сторона | цвет провода | другая сторона | ||||
| бело/оранж | ||||||
| оранжевый | ||||||
| бело/синий | ||||||
| синий | ||||||
Для восьмипроводного кабеля (четыре пары):
| "нуль-хабный" кабель | ||
| одна сторона | цвет провода | другая сторона |
| бело/зеленый | ||
| зеленый | ||
| бело/оранж | ||
| синий | ||
| бело/синий | ||
| оранжевый | ||
| бело/коричн. | ||
| коричневый |
Или, например, другой вариант.
| "нуль-хабный" кабель | ||
| одна сторона | цвет провода | другая сторона |
| бело/зеленый | ||
| зеленый | ||
| бело/оранж | ||
| синий | ||
| бело/синий | ||
| оранжевый | ||
| бело/коричн. | ||
| коричневый |
Для подключения «Хаб-хаб» можно использовать также не перевернутый патч-корд и порт Uplink. Современные коммутаторы позволяют автоматически определить тип подключения – перевернутый или прямой (порты AutoMDI/MDIX).
Подключение витой пары к сетевой карте
 |
Воткните (до щелчка) разъемы на кабеле в установленные сетевые карты.
Рисунок 4 -8-контактные разъемы RJ-45
1-сетевая карта (адаптер), установленная в компьютер, 2 - разъем на кабеле.
Рисунок 5 - Подключение витой пары к сетевой карте
Прокладка кабеля
1. Во избежание обрыва проводников натяжение не должно превышать 110N.
2. Радиус изгиба не должен быть меньше 4х диаметров кабеля для горизонтальной проводки.
3. Избегайте передавливания кабелей, причинами которого могут быть:
- - перекручивание кабелей при установке
- -неаккуратное подвешивание кабелей
- слишком плотная укладка кабелей в короб или гофру
- слишком малый радиус изгиба
4. Не забывайте об ограничениях на длину кабеля и количестве активных устройств в сегменте.
5. Избегайте использования дешевого кабеля и сетевых адаптеров. Низкокачественный проводник может стать причиной снижения общей производительности сети, а дешевые платы при несоблюдении ограничений на длину часто провоцируют ошибки и простои.
6. Прокладывайте кабель аккуратно. Не прокладывайте кабель рядом с силовыми линиями — наводки от нее могут вызывать помехи.
7. После монтажа всех разъемов и кабелей неплохо было бы протестировать то, что у нас получилось
Монтаж оборудования
Когда кабель протянут, необходимо его оконцевать и присоединить ксоответствующим устройствам. Со стороны рабочей станции кабель обычно заканчивается в настенной розетке. Настенная розетка (wall plate) содержит гнезда, в которые вставляется кабель. Она либо закрепляется на стене, либо заделывается прямо в поверхность стены. Розетка обычно имеет модульную конструкцию и может содержать до четырех гнезд. В нее можно устанавливать гнезда нескольких видов для поддержки соединений различного типа. В зависимости от цели это могут быть соединения для передачи речи или двоичных данных. При применении UTP каждый провод в кабеле присоединяется к контакту коннектора (согласно схеме расположения контактов, выбранной заранее), затем коннектор вставляется в розетку, а розетка уже монтируется на стене.
Другим концом кабель сопрягается с коммуникационной панелью. Коммутационная панель выполняет те же функции, что и настенная розетка, только у нее больше гнезд. Патч-панель не является концентратором, между ее портами нет никаких связей. Это просто удобный способ отслеживать начало кабеля. При присоединении кабеля к патч-панели отдельные провода заправляются в определенные гнезда (согласно схеме расположения контактов, идентичной применяемой в настенной розетке) при помощи специального инструмента. Этот инструмент одновременно прочно вставляет провод в гнездо, создает соединение и отрезает излишки. Порты коммутационной панели лучше пометить, чтобы знать, куда идет кабель.
Тестирование соединений
После заделывания концов кабеля нужно протестировать правильность соединений. Это можно сделать, просто подключив к сети компьютер, но профессиональные монтажники кабельной сети применяют специальное оборудование для тестирования, которое оценивает качество соединения.
Анализатор сети может помочь в диагностике многих типов сетевых проблем, но он полагается на то, что физическая сеть функционирует правильно. Когда проблема заключается в кабеле, формирующем сеть, требуются различные виды устройств, имеющие название "тестер кабеля". Тестеры кабеля обычно представляют собой удерживаемые в руках устройства, которые присоединяются ксети, чтобы выполнить различные диагностические тесты проводимости сетевого кабеля. Существует широкий выбор устройств, значительно отличающихся по стоимости и функциональным возможностям. Простые устройства доступны по цене в несколько сотен рублей, в то время как модели верхней линейки могут стоить несколько тысяч рублей. Некоторые комбинированные тестеры можно присоединять к различным типам сетевого кабеля, таким как неэкранированная витая пара (UTP), экранированная витая пара (STP) и коаксиальный кабель, в то время как другие способны проверять только один тип кабеля. Для совершенно различных технологий передачи сигналов, таких как оптоволоконный кабель, необходимо отдельное устройство.
Тестеры кабеля рассчитываются на применение с определенными стандартами кабеля, такими как категория 5, поэтому они могут определить, соответствует ли производительность кабеля стандарту. Это называется испытанием прозвонкой. Во время установки кабеля соответствующий специалист тестирует каждую связь, чтобы убедиться в ее правильной работе, и проверяет отсутствие проблем, которые могут быть вызваны качеством самого кабеля или природы его установки. Например, хороший тестер кабеля проверяет электрический шум, вызываемый близкорасположенными лампами дневного света или другим электрическим оборудованием, перекрестные помехи от сигналов в соседних жилах, затухание, вызванное чрезмерно длинными сегментами кабеля или неподходящей категорией кабеля, короткие замыкания и обрывы кабеля, представленные определенным уровнем емкостного сопротивления.
Помимо проверки жизнеспособности разводки кабельной сети, тестеры кабеля являются хорошим средством для выявления проблем с кабелем. Например, тестер, функционирующий как рефлектометр, может определить обрыв или короткое замыкание в кабеле, передавая высокочастотный сигнал и измеряя количество времени, прошедшее до того момента, как отраженный сигнал вернется обратно. Используя эту технику, можно определить, на каком расстоянии от тестера в кабеле произошел обрыв или возникла другая неисправность. Зная, что проблема расположена на расстоянии, например 20 м, можно избежать проверки каждого метра кабеля, идущего до этого места. Некоторые тестеры также могут помочь определить маршрут, по которому кабель проходит через стены или потолки. Для этого используется звуковой генератор, посылающий по кабелю сильный сигнал, который может уловить тестер, если будет расположен поблизости от кабеля.
Присоединение компьютеров
С этого момента все готово для присоединения кабеля к соответствующим устройствам. При помощи коммутационных кабелей, которые либо приобретаются, либо изготавливаются самостоятельно из кабеля в бухтах, настенная розетка соединяется с компьютером, а порт коммутационной панели - с концентратором, коммутатором или другим устройством в информационном центре.
Процесс создания кабельной системы может быть намного сложнее описанного в данном разделе. Рассмотренный пример демонстрирует развертывание горизонтальной кабельной разводки только в пределах одной рабочей площадки. Большая корпоративная сеть может состоять из множества таких горизонтальных разводок, соединенных магистралью, проходящей между этажами здания или даже между зданиями.
Windows XP
1. Устанавливаем сетевую плату (прерывание, диапазон памяти, диапазон ввода/вывода).
2. Проверяем правильность установки сетевой платы в свойствах «Моего компьютера» / оборудование / диспетчер устройств / сетевые платы.
3.Свойства «Моего компьютера» / имя компьютера / идентификация – указываем имя и рабочую группу для используемого компьютера.
/ Изменить – для переименования компьютера или группы.
- Имя компьютера (Задаем VS-417-xx, где xx - номер вашего компьютера)
- Рабочая группа (Задаем VS-417).
При желании введите описание компьютера.
Имя компьютера присваивается каждой станции в сети и по длине не должно превышать 15 символов. Также в имени не может быть пробелов, но возможно использование следующих специальных символов: ! @ # $ % ^ & - _ ( ) ‘ { } . ~. Те же самые правила относятся и к именованию рабочих групп.
4. Свойства «Сетевого окружения» / Подключение по локальной сети / слева в меню – «Изменение настроек подключения»
Устанавливаем (см. Windows 95, 98):
- «Клиент для сетей Microsoft»,
- «Служба доступа к файлам и принтерам сетей Microsoft»
- «Протокол TCP/IP v.4»: в свойствах протокола:
адрес- IP (Задаем 192.168.4.4х, где х - номер вашего компьютера),
маску подсети (Задаем 255.255.0.0),
5. Мой компьютер / свойства диска (А, С, D и проч.)/ доступ – открыть доступ к файлам и папкам (Открываем доступ к своей папке).
Подробное описание см. ниже.
После подключения всех необходимых для сети компонентов необходимо установить программное обеспечение необходимое для работы и эксплуатации сетей.
Внимание!!!!! После того как плата корректно установлена, на Рабочем столе должен появиться ярлык «Сетевое окружение».
!!!!!При автономной работе компьютера после проведенных операций в «Сетевом окружении» должен появиться компьютер, с введенным именем (см. п. 5.1), т.е. компьютер должен «сам себя видеть». При подключенных через сеть других ПК в «Сетевом окружении» должны отображаться имена этих компьютеров.
Подключение сетевого диска
Недостатком подключения к сети является то, что при закрытии окна «Сетевое окружение» прекращается доступ к ресурсам сети. Кроме того, отсутствует возможность использования ресурсов сети прикладными программами. Отмеченные недостатки устраняются подключением так называемых сетевых дисков.
В качестве сетевого диска может выступать диск подключенного к сети устройства или папка. При подключении сетевой диск получает буквенное обозначение (E, F …и т. д.) и в дальнейшем может использоваться системными и прикладными программами как обычное устройство.
Для подключения сетевого диска необходимо:
- в меню «Сервис» окна «Мое сетевое окружение» выбрать пункт «подключение сетевого диска»
- нажав кнопку «Обзор» найти в сети необходимый диск, папку.
При успешном выполнении операции появится окно, предлагающее обозначение подключаемого диска (E, F и т.д.). Следует подтвердить предлагаемое обозначение или задать свое. Если теперь посмотреть полный набор доступных устройств (например, с помощью программы «Проводник»), то среди дисков увидим и сетевые.
Не следует увлекаться подключением сетевых дисков, так как это замедляет выполнение многих операций, выполняемых файловой системой, иногда весьма существенно. Поэтому, начиная работу на компьютере, следует отключить все ненужные сетевые диски.
Отключение сетевого диска
Для отключения сетевого диска необходимо выполнить следующие операции:
- в окне «мой компьютер» выделить сетевой диск, подлежащий отключению;
- щелкнуть правой кнопкой мыши, и в появившемся меню выбрать пункт «отключить».
Выделенный диск должен отключиться.
3.1.5 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЛУЖБЫ DHCP ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОНФИГУРАЦИИ СЕТИ
В случае, когда в ВС взаимодействует большое число ЭВМ, практически всегда возникает проблема ее конфигурирования. Для этого в стеке TCP/IP разработан специальный протокол автоматического регулирования DHCP.
Протокол Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) обеспечивает надежный и простой способ конфигурации сети TCP/IP, гарантируя отсутствие конфликтов адресов за счет централизованного управления их распределением. DHCP динамически распределяет IP-адреса для ЭВМ.
Протокол DHCP использует модель "клиент-сервер" (см. рис. 11). Во время старта системы (состояние "инициализация") компьютер-клиент DHCP посылает сообщение discover (исследовать), которое широковещательно распространяется по локальной сети и передается всем DHCP-серверам частной интерсети. Каждый DHCP-сервер, получивший это сообщение, отвечает на него сообщением offer (предложение), содержащее IP-адрес и конфигурационную информацию.
Компьютер-клиент DHCP переходит в состояние "выбор" и собирает конфигурационные предложения от DHCP-серверов. Затем он выбирает одно из этих предложений, переходит в состояние "запрос" и отправляет сообщение request (запрос) тому DHCP-серверу, чье предложение было выбрано.
Выбранный DHCP-сервер посылает сообщение DHCP-acknowledgment (подтверждение), которое содержит IP-адрес, который уже был послан ранее на стадии исследования, а также параметр аренды для этого адреса. Кроме того, DHCP-сервер посылает параметры сетевой конфигурации. После того как клиент получит это подтверждение, он переходит в состояние "связь", находясь в котором он может принимать участие в работе сети TCP/IP. Компьютеры-клиенты, которые имеют локальные диски, сохраняют полученный адрес для использования при последующих стартах системы. При приближении момента истечения срока аренды адреса компьютер пытается обновить параметры аренды у DHCP-сервера, а если этот IP-адрес не может быть выделен снова, то ему возвращается другой IP-адрес.
Рис. 11. Клиенты сервиса DHCP
2.2 Использование оптических систем связи
Наряду с витой парой широкое распространение в локальных и глобальных сетях также получило оптоволокно.
Волоконно-оптические линии связи - это вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно".
В настоящее время сфера применения оптоволоконного кабеля в основном ограничена высокоскоростными сетевыми магистралями. Для горизонтальной кабельной разводки он используется не часто в силу высокой стоимости установки и обслуживания. Однако в этой области данная технология имеет большой потенциал. Применение оптоволоконного кабеля дает проектировщикам сети свободу, какая никогда не может быть достигнута при помощи медного кабеля. В силу того, что оптоволокно позволяет сегментам иметь длину много большую, чем 100 метров у сегментов UTP, отпадает необходимость в использовании телекоммуникационных монтажных шкафов с коммутаторами или концентраторами, распределенных по всей сети.
Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Основания так считать вытекают из ряда особенностей, присущих оптическим волноводам.
Физические особенности.
1. Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой частотой несущей (Fo=10**14 Гц). Это означает, что по оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка 10**12 бит/с или Терабит/с. Т. е. по одному волокну можно передать одновременно 10 миллионов телефонных разговоров и миллион видеосигналов. Скорость передачи данных может быть увеличена за счет передачи информации сразу в двух направлениях, так как световые волны могут распространяться в одном волокне независимо друг от друга. Кроме того, в оптическом волокне могут распространяться световые сигналы двух разных поляризаций, что позволяет удвоить пропускную способность оптического канала связи. На сегодняшний день предел по плотности передаваемой информации по оптическому волокну не достигнут.
2. Очень малое (по сравнению с другими средами) затухание сигнала в волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0.22 дБ/км на длине волны 1.55 мкм, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации (восстановления) сигналов. Для сравнения, волокно Sumitomo на длине волны 1.55 мкм имеет затухание 0.154 дБ/км. В оптических лабораториях США разрабатываются еще более "прозрачные", так называемые фторцирконатные волокна с теоретическим пределом порядка 0,02 дБ/км на длине волны 2.5 мкм. Лабораторные исследования показали, что на основе таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными участками через 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.
Технические особенности.
1. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди.
2. Оптические волокна имеют диаметр около 100 мкм., то есть очень компактны и легки, что делает их перспективными для использования в авиации, приборостроении, в кабельной технике.
3. Стеклянные волокна - не металл, при строительстве систем связи автоматически достигается гальваническая развязка сегментов. Применяя особо прочный пластик, на кабельных заводах изготавливают самонесущие подвесные кабели, не содержащие металла и тем самым безопасные в электрическом отношении. Такие кабели можно монтировать на мачтах существующих линий электропередач, как отдельно, так и встроенные в фазовый провод, экономя значительные средства на прокладку кабеля через реки и другие преграды.
4. Системы связи на основе оптических волокон устойчивы к электромагнитным помехам, а передаваемая по световодам информация защищена от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические линии связи нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно могут быть зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии. Теоретически существуют способы обойти защиту путем мониторинга, но затраты на реализацию этих способов будут столь велики, что превзойдут стоимость перехваченной информации.
5. Важное свойство оптического волокна - долговечность. Время жизни волокна, то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах, превышает 25 лет, что позволяет проложить оптико-волоконный кабель один раз и, по мере необходимости, наращивать пропускную способность канала путем замены приемников и передатчиков на более быстродействующие.
Есть в волоконной технологии и свои недостатки.
1. Сложность монтажа и обслуживания
2. При создании линии связи требуются высоконадежные активные элементы, преобразующие электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы. Необходимы также оптические коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение. Точность изготовления таких элементов линии связи должна соответствовать длине волны излучения, то есть погрешности должны быть порядка доли микрона. Поэтому производство таких компонентов оптических линий связи очень дорогостоящее.
3. Другой недостаток заключается в том, что для монтажа оптических волокон требуется прецизионное, а потому дорогое, технологическое оборудование.
4. Как следствие, при аварии (обрыве) оптического кабеля затраты на восстановление выше, чем при работе с медными кабелями.
Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) настолько значительны, что несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, эти линии связи все шире используются для передачи информации.
Оптическое волокно
Свое название волокна получили от способа распространения излучения в них. Волокно состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления n1 и n2.
В одномодовом волокне диаметр световодной жилы порядка 8-10 мкм, то есть сравним с длиной световой волны. При такой геометрии в волокне может распространяться только один луч (одна мода).
В многомодовом волокне размер световодной жилы порядка 50-60 мкм, что делает возможным распространение большого числа лучей (много мод).
Оба типа волокна характеризуются двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией. Затухание обычно измеряется в дБ/км и определяется потерями на поглощение и на рассеяние излучения в оптическом волокне. Другой важнейший параметр оптического волокна - дисперсия. Дисперсия - это рассеяние во времени спектральных и модовых составляющих оптического сигнала.
Затухание и дисперсия у разных типов оптических волокон различны. Одномодовые в