4. ФИЗИЧЕСКАЯ СРЕДА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

4.1. Основные типы кабельных и беспроводных сред передачи данных

На сегодня большая часть компьютерных сетей используют для соединения провода и кабели. Они выступают в качестве среды передачи сигналов между компьютерами. Наиболее распространены: коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель.

Однако постепенно в нашу жизнь входит беспроводная среда передачи данных. Термин «беспроводная среда» может ввести в заблуждение, т. к. предполагает полное отсутствие проводов. В действительности это не так. Обычно беспроводные компоненты взаимодействуют с сетью, где основная среда передачи данных - кабель. В ЛВС они оказываются наиболее полезными:

• 
  в помещениях, заполненных людьми (приемная и т. п.);
  
• 
  для людей, которые не работают на одном месте (врач, брокер и т. п.);
  
• 
  в изолированных помещениях и зданиях (склад, гараж и т. п.);
  
• 
  в строениях (памятниках архитектуры или истории), где прокладка дополнительных кабельных трасс недопустима.
  

Для беспроводной передачи данных используют: инфракрасное и лазерное излучение, радиопередачу и телефонию. Эти способы передачи данных в компьютерных сетях, как локальных, так и глобальных, привлекательны тем, что:

• 
  гарантируют определенный уровень мобильности;
  
• 
  позволяют снять ограничение на длину сети, а использование радиоволн и спутниковой связи делают доступ к сети фактически неограниченным.
  

4.2. Коаксиальный кабель

До недавнего времени самой распространенной средой передачи данных был коаксиальный кабель: относительно недорогой, легкий и гибкий, безопасный и простой в установке. На рис. 4.1 приведена конструкция коаксиального кабеля.


Рис. 4.1. Конструкция коаксиального кабеля.

Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Она изоляцией отделяется от металлической оплетки, которая играет роль заземления и защищает передаваемые по жиле сигналы от:

• 
  внешних электромагнитных шумов (атмосферных, промышленных);
  
• 
  перекрестных помех – электрических наводок, вызванных сигналами в соседних проводах.
  

---

Используют толстый и тонкий коаксиальный кабель. Их характеристики представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Характеристики коаксиального кабеля.

Тип	Диаметр	Эффективная длина сегмента	Скорость передачи	Обозначение по стандарту IEEE 802.3
толстый	1 см	500 м	10 Мбит/с	10 base 5
тонкий	0,5 см	185 м	10 Мбит/с	10 base 2

В обозначении кабелей по стандарту IEEE 802.3 первые две цифры – скорость передачи в Мбит/с, слово "base" - обозначает, что кабель используется в сетях с узкополосной передачей (baseband network), последняя цифра – эффективная длина сегмента в сотнях метров, при которой уровень затухания сигнала остается в допустимых пределах. Тонкий подключается к сетевым платам непосредственно через Т-коннектор (рис. 4.2), толстый – через специальное устройство - трансивер (рис. 4.3).

Рис. 4.2. Подключение тонкого коаксиала.

Рис. 4.3. Подключение толстого коаксиала.

Различают обычные и пленумные коаксиальные кабели. Последние обладают повышенными механическими и противопожарными характеристиками и допускают прокладку под полом, между фальшпотолком и перекрытием. При выборе для ЛВС данного типа кабеля следует принимать во внимание, что:

• 
  это среда для передачи речи, видео и двоичных данных;
  
• 
  позволяет передавать данные на достаточно большие расстояния;
  
• 
  использует хорошо знакомую технологию, обеспечивая достаточный уровень защиты данных.
  

4.3. Витая пара

Если для передачи электрических сигналов воспользоваться обычной парой параллельных проводов для передачи знакопеременного сигнала большой частоты, то возникающие вокруг одного из них магнитные потоки будут вызывать помехи в другом (рис. 4.4). Для исключения этого явления провода перекручивают между собой (рис. 4.5).

---

Рис. 4.4. Пара параллельных проводов.    Рис. 4.5. Витая пара .

Витая пара - это изолированные проводники, попарно свитые между собой некоторое число раз на определенном отрезке длины, что требуется для уменьшения перекрестных наводок между проводниками. Такие линии как нельзя лучше подходят для создания симметричных цепей, в которых используется балансный принцип передачи информации (рис. 4.6).


Рис. 4.6. Симметричная цепь

Приемник и передатчик гальванически развязаны друг от друга согласующими трансформаторами. При этом во вторичные обмотки (сетевые адаптеры) подается только разность потенциалов первичной обмотки (непосредственно протяженной линии). Из-за этого необходимо отметить два важных момента.

• 
  Токи в любой точке идеальной витой пары равны по значению, и противоположны по направлению. Следовательно, векторы напряженности электромагнитного поля каждого из проводников противоположно направлены, и суммарное ЭМИ отсутствует. Под идеальной витой парой понимается линия, в которой проводники бесконечно плотно прилегают друг к другу, имеют бесконечно малый диаметр, и ток, протекающий через них, стремится к нулю.
  
• 
  Метод накладывает некоторые ограничения на протокол передачи (невозможность передачи постоянной составляющей), но значительно более устойчиво к внешним влияниям (по сравнению, например, с несимметричным RS-232). Из рис. 4.6 видно, что результирующее напряжение наводки на вторичной обмотке будет синфазным, соответственно не передастся на вторичную обмотку (сетевой адаптер).
  

4.3.1. Разновидности кабелей на основе витых пар

Витая пара не была новым изобретением. До этого она уже многие десятки лет успешно использовалась в телефонии, и остается только удивляться, почему ее перенос на почву Ethernet прошел только в сентябре 1990 года, когда был официально принят стандарт 10baseT. Вполне естественно, что это была витая пара 3 категории, с очень большим, в десятки сантиметров, шагом скрутки проводов в паре, и небольшой, до 20 МГц, полосой пропускания (т.е. были взяты прямо из телефонной проводки). Компьютерные кабеля отличало только оформление – 4 пары под одной оболочкой.

---

Немного позже, одновременно с появлением Fast Ethernet в 1995 году, был введен новый стандарт на кабель Категории 5 (Cat.5), с шагом скрутки, меняющемся для разных пар от 12 до 32 мм (например, ряд от Lucent - 15, 13, 20, 24 мм). Делается это для уменьшения перекрестных наводок, о которых будет рассказано ниже. Такой кабель обеспечивает передачу сигналов с частотой до 100 Мбит. Далее появилась Cat.5е (до 125 МГц), на подходе Cat.6 и в разработке Cat.7.

Самая простая витая пара (TP - Twisted Pair) – это два перевитых друг вокруг друга изолированных провода. Обычно выделяют два типа такого кабеля, а именно: неэкранированную витую пару (UTP) и экранированную витую пару (STP).



Рис. 4.7. Неэкранированная и экранированная витая пара.

Однако, согласно международному стандарту ISO/IEC 11801 приложение E, для обозначения конструкции экранированного кабеля используется комбинация из трех букв:

• 
  U — неэкранированный,
  
• 
  S — металлическая оплётка (только общий экран),
  
• 
  F — металлзированная лента (алюминиевая фольга).
  

Из этих букв формируется аббревиатура вида xx/xTP, обозначающая тип общего экрана и тип экрана для отдельных пар. Распространены следующие типы конструкции экрана:

• 
  Неэкранированный кабель (U/UTP). В них экранирование отсутствует — это кабели категория 6 и ниже.
  
• 
  Индивидуальный экран (U/FTP). Экранирование фольгой каждых отдельных пар. Защищает от внешних помех и от перекрёстных помех между витыми парами.
  
• 
  Общий экран (F/UTP, S/UTP, SF/UTP). Общий экран из фольги, оплётки, или фольги с оплёткой. Защищает от внешних электромагнитных помех.
  
• 
  Индивидуальный и общий экран (F/FTP, S/FTP, SF/FTP). Индивидуальные экраны из фольги для каждой витой пары, плюс общий экран из фольги, оплётки, или фольги с оплёткой. Защищает от внешних помех и от перекрёстных помех между витыми парами.
  

Экранированные кабели категорий 5e, 6/6A и 8/8.1 чаще всего используют конструкцию F/UTP (общий экран из фольги), тогда как экранированные кабели категорий 7/7A и 8.2 используют конструкцию S/FTP (с общей металлической оплёткой и фольгой для каждой пары).

В любом кабеле каждая паpа проводов состоит из пpовода, именуемого "Ring" и пpовода "Tip". Эти названия пpишли из телефонии. Каждая паpа в оболочке имеет свой номеp. Таким обpазом, каждый пpовод можно идентифициpовать как Ring1, Tip1, Ring2, Tip2 и т.д. Дополнительно к нумеpации пpоводов каждая паpа имеет свою уникальную цветовую схему:

---

• 
  cиний/cине-белый – для 1-ой паpы,
  
• 
  оpанжевый/оpанжево-белый – для 2-й,
  
• 
  зеленый/зелено-белый – для 3-й
  
• 
  коpичневый/коpичнево-белый – для 4-й и так далее.
  

Для каждой паpы пpоводов Ring-пpовод окpашен в основной цвет с полосками дополнительного, а Tip-пpовод – наобоpот. Hапpимеp, для первой паpы проводов Ring1-пpовод будет синий с белыми полосками, а Tip1-провод – белый с синими полосками. На практике, когда количество пар невелико (4 пары), окраска основного провода полосками цвета дополнительного не применяется. Часто несколько витых пар помещают в одну защитную оболочку (типа телефонного кабеля). Наиболее распространена в ЛВС неэкранированная витая пара стандартов 100BaseT и 1000BaseT с эффективной длиной сегмента – 100 м. Определено 6 категорий на основе UTP (таблица 4.2).

Таблица 4.2

Категории кабельных соединений на неэкранированной витой паре.

Категория	Скорость передачи (Мбит/с)	Количество пар	Применяемость
Cat.1	Используется для телефонных коммуникаций и не подходит для передачи данных	1 пара	Телефонная коммуникация
Cat.2	До 4	4 пара	...
Cat.3	До 10	4пары с 9-ю витками на 1 м	Применяется в сетях 10Base-T
Cat.4	До 16	4 пары	Применяется в сетях Token Ring
Cat.5	До 100	4 медных пары	Применяется в сетях 100Base-TX и других, требующих такую скорость.
Cat.5+	Сертифицирован для частоты до 300 МГц включительно. (IEC 46 Commity draft)	4 медных пары	Применяется в сетях 100Base-TX/1000Base-TX.
Cat.6	Сертифицирован для частоты до 600 МГц включительно. (DIN 44312-5 Draft)	4 медных пары	Применяется в сетях 100Base-TX/1000Base-TX.

Два главных физических различия между кабелями Cat.5 и Cat.6 – это количество витков витой пары на единицу длины и толщина оплетки. Длина витка нестандартизирована, но обычно у категории Cat.5e она составляет 1,5 - 2 витка на сантиметр, а у категории Cat.6 количество витков больше 2. Внутри одного кабеля, каждая цветная пара также обладает различной длиной витка, основанной на простых числах. Длины витков подобраны таким образом, чтобы два различных витка никогда не совпадали. Количество витков на каждую цветную пару обычно уникально для каждого производителя. Как можно видеть на рис. 4.8, на 1 дюйм у каждой цветной пары приходится разное количество витков.

---

Смотрите также файлы

• Пол и профессиональная деятельность магистрант 1 курса Группы спозиад22 Семенов Анатолий.pptx

• Составьте таблицу Особенности школьной дезадаптации с указанием причин и особенностей проявлений.docx

• Причины и последствия дезадаптации ребенка к детскому саду.docx

• Планконспект Коррекция социальной дезадаптации.docx

• Суммативное оценивание за раздел Основы динамики 9 класс 3 четверть Задания.docx