Файл: Лекція 2.doc

Лекція 2.

Тема: Типи ліній зв'язку локальних мереж

Мета: ознайомити з типами ліній зв’язку, що використовуються для прокладки ЛМ. Детально зупинитися на особливостях функціонування та прокладки кожного з різновидів кабельних каналів.

1. Що можна вважати перед посилкою виникнення комп’ютерних мереж?

2. В чому полягає найперше призначення мережі?

3. Дайте визначення і охарактеризуйте локальну обчислювальну мережу.

4. В чому полягає основна відмінність локальної мережі від глобальної?

5. Якою має бути швидкість передачі даних в мережі, щоб вона вважалася локальною?

6. Що можна сказати відносно коефіцієнту помилок в ЛОМ?

7. Чим і як визначається кількість вузлів в мережі?

8. Що таке муніципальна мережа?

9. Перерахуйте переваги використання мережі.

10. Назвіть недоліки використання мережі.

11. Що таке абонент мережі?

12. Що таке мережевий сервер? Чим він відрізняється від абонента?

13. Що таке клієнт мережі? В чому особливість його функціонування?

14. Що таке топологія мережі?

15. Які базові топології сучасної мережі можна назвати?

16. Дайте коротку характеристику та перерахуйте переваги кожної з них.

17. Чи можна поєднувати сегменти мережі з різною топологією? З якою метою?

ПЛАН

1 Загальна характеристика ліній зв’язку

2 Кабелі на основі скручених пар

3 Коаксіальні кабелі

4 Оптоволоконні кабелі

5 Безкабельні канали зв'язку

1 Загальна характеристика ліній зв’язку

Середовищем передачі інформації називаються ті лінії зв'язку (або канали зв'язку), по яких відбувається обмін інформацією між комп'ютерами. У переважній більшості комп'ютерних мереж (особливо локальних) використаються провідні або кабельні канали зв'язку, хоча існують і бездротові мережі, які зараз знаходять усе більш широке застосування, особливо в портативних комп'ютерах.

Інформація в локальних мережах найчастіше передається в послідовному коді, тобто біт за бітом. Така передача повільніша й складніша, ніж при використанні паралельного коду. Однак треба враховувати те, що при більш швидкій паралельній передачі (по декількох кабелях одночасно) збільшується кількість сполучних кабелів у число раз, рівне кількості розрядів паралельного коду (наприклад, в 8 разів при 8-розрядному коді). Це зовсім не дріб'язок, як може здатися на перший погляд. При значних відстанях між абонентами мережі вартість кабелю цілком порівнянна з вартістю комп'ютерів і навіть може перевершувати її. До того ж прокласти один кабель (рідше два різнонаправлених) набагато простіше, ніж 8, 16 або 32. Значно дешевше обійдеться також пошук ушкоджень і ремонт кабелю.

---

Але це ще не все. Передача на більші відстані при будь-якому типі кабелю вимагає складної передавальної й прийомної апаратур, тому що при цьому необхідно формувати потужний сигнал на передавальному кінці й детектувати слабкий сигнал на приймаючому кінці. При послідовній передачі для цього потрібний всього один передавач й один приймач. При паралельній же кількість необхідних передавачів і приймачів зростає пропорційно розрядності використовуваного паралельного коду. У зв'язку із цим, навіть якщо розробляється мережа незначної довжини (порядку десятка метрів) найчастіше вибирають послідовну передачу.

До того ж при паралельній передачі надзвичайно важливо, щоб довжини окремих кабелів були точно рівні один одному. Інакше в результаті проходження по кабелях різної довжини між сигналами на прийомному кінці утвориться часове зрушення, що може привести до збоїв у роботі або навіть до повної непрацездатності мережі. Наприклад, при швидкості передачі 100 Мбіт/с і тривалості біта 10 нс це часове зрушення не повинен перевищувати 5-10 нс. Таку величину зрушення дає різниця в довжинах кабелів в 1-2 метри. При довжині кабелю 1000 метрів це становить 0,1-0,2%.

Треба відзначити, що в деяких високошвидкісних локальних мережах все-таки використають паралельну передачу по 2—4 кабелям, що дозволяє при заданій швидкості передачі застосовувати більше дешеві кабелі з меншою смугою пропущення. Але припустима довжина кабелів при цьому не перевищує сотні метрів. Прикладом може служити сегмент 100BASE-T4 мережі Fast Ethernet.

Промисловістю випускається величезна кількість типів кабелів, наприклад, тільки одна найбільша кабельна компанія Belden пропонує більше 2000 їхніх найменувань. Але всі кабелі можна розділити на три більші групи:

• електричні (мідні) кабелі на основі скручених пар проводів (twisted pair), які діляться на екрановані (shielded twisted pair, STP) і неекрановані (unshielded twisted pair, UTP);

• електричні (мідні) коаксіальні кабелі (coaxial cable);

• оптоволоконні кабелі (fiber optic).

Кожен тип кабелю має свої переваги й недоліки, так що при виборі треба враховувати як особливості розв'язуваної задачі, так й особливості конкретної мережі, у тому числі й використовуваній топології.

Можна виділити наступні основні параметри кабелів, принципово важливі для використання в локальних мережах:

• Пропускна смуга кабелю (частотний діапазон сигналів, що пропускають кабелем) і загасання сигналу в кабелі. Два цих параметри тісно зв'язані між собою, тому що з ростом частоти сигналу росте загасання сигналу. Треба вибирати кабель, що на заданій частоті сигналу має прийнятне загасання. Або ж треба вибирати частоту сигналу, на якій загасання ще прийнятно. Загасання виміряється в децибелах і пропорційно довжині кабелю.

• Перешкодозахищеність кабелю й забезпечувана їм таємність передачі інформації. Ці два взаємозалежних параметри показують, як кабель взаємодіє з навколишнім середовищем, тобто, як він реагує на зовнішні перешкоди, і наскільки просто прослухати інформацію, передану по кабелі.

• Швидкість поширення сигналу по кабелю або, зворотний параметр – затримка сигналу на метр довжини кабелю. Цей параметр має принципове значення при виборі довжини мережі. Типові величини швидкості поширення сигналу – від 0,6 до 0,8 від швидкості поширення світла у вакуумі. Відповідно типові величини затримок – від 4 до 5 нс/м.

• Для електричних кабелів дуже важлива величина хвильового опору кабелю. Хвильовий опір важливо враховувати при узгодженні кабелю для запобігання відбиття сигналу від кінців кабелю. Хвильовий опір залежить від форми й взаєморозміщення провідників, від технології виготовлення й матеріалу діелектрика кабелю. Типові значення хвильового опору – від 50 до 150 Ом.

---

У цей час діють наступні стандарти на кабелі:

• EIA/TIA 568 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard) – американський;

• ISO/IEC IS 11801 (Generic cabling for customer premises) – міжнародний;

• CENELEC EN 50173 (Generic cabling systems) – європейський.

Ці стандарти описують практично однакові кабельні системи, але відрізняються термінологією й нормами на параметри. У даному курсі пропонується дотримуватися термінології стандарту EIA/TIA 568.

---

2 Кабелі на основі скручених пар

Скручені пари проводів використаються в найдешевших і, мабуть, самих популярних кабелях. Кабель на основі скручених пар являє собою декілька пар скручених попарно ізольованих мідних проводів у єдиній діелектричній (пластикової) оболонці. Він досить гнучкий і зручний для прокладки. Скручування проводів дозволяє звести до мінімуму індуктивні впливи кабелів один на одного й знизити вплив перехідних процесів.

Звичайно в кабель входить дві (рис. 2.1) або чотири скручені пари.

Рис. 2.1. Кабель із крученими парами

Неекрановані скручені пари характеризуються слабкою захищеністю від зовнішніх електромагнітних перешкод, а також від підслуховування, що може здійснюватися з метою, наприклад, промислового шпигунства. Причому перехоплення переданої по мережі інформації можливе як за допомогою контактного методу (наприклад, за допомогою двох голок, уткнутих у кабель), так і за допомогою безконтактного методу, що зводиться до радіоперехоплення випромінюваних кабелем електромагнітних полів. Причому дія перешкод і величина випромінювання в середовище збільшується з ростом довжини кабелю. Для усунення цих недоліків застосовується екранування кабелів.

У випадку екранованої кручений пари STP кожна із кручених пар розміщується в металеву обплітку-екран для зменшення випромінювань кабелю, захисту від зовнішніх електромагнітних перешкод і зниження взаємного впливу пара проводів один на одного (crosstalk – перехресні впливи). Для того щоб екран захищав від перешкод, він повинен бути обов'язково заземлений. Природно, екранована скручена пара помітно дорожче, ніж неекранована. Її використання вимагає спеціальних екранованих роз’ємів. Тому зустрічається вона значно рідше, ніж неекранована кручена пари.

Основні переваги неекранованих кручених пар – простота монтажу роз’ємів на кінцях кабелю, а також ремонту будь-яких ушкоджень у порівнянні з іншими типами кабелю. Всі інші характеристики в них гірше, ніж в інших кабелів. Наприклад, при заданій швидкості передачі загасання сигналу (зменшення його рівня в міру проходження по кабелю) у них більше, ніж у коаксіальних кабелів. Якщо врахувати ще низьку перешкодозахищеність, то зрозуміло, чому лінії зв'язку на основі скручених пар, як правило, досить короткі (звичайно в межах 100 метрів). У цей час скручені пари використовуються для передачі інформації на швидкостях до 1000 Мбіт/с, хоча технічні проблеми, що виникають при таких швидкостях, украй складні.

---

Відповідно до стандарту EIA/TIA 568, існують п'ять основних і дві додаткові категорії кабелів на основі неекранованої кручений пари (UTP):

• Кабель категорії 1 – це звичайний телефонний кабель (пари проводів не скручені), по якому можна передавати тільки мову. Цей тип кабелю має великий розкид параметрів (хвильового опору, смуги пропущення, перехресних наведень).

• Кабель категорії 2 – це кабель із кручених пар для передачі даних у смузі частот до 1 Мгц. Кабель не тестується на рівень перехресних наведень. У цей час він використовується дуже рідко. Стандарт EIA/TIA 568 не розрізняє кабелі категорій 1 й 2.

• Кабель категорії 3 – це кабель для передачі даних у смузі частот до 16 МГц, що складається із кручених пар з дев'ятьма витками проводів на метр довжини. Кабель тестується на всі параметри й має хвильовий опір 100 Ом. Це найпростіший тип кабелів, рекомендований стандартом для локальних мереж. Ще недавно він був найпоширенішим, але зараз повсюдно витісняється кабелем категорії 5.

• Кабель категорії 4 – це кабель, що передає дані в смузі частот до 20 Мгц. Використовується рідко, тому що не занадто помітно відрізняється від категорії 3. Стандартом рекомендується замість кабелю категорії 3 переходити відразу на кабель категорії 5. Кабель категорії 4 тестується на всі параметри й має хвильовий опір 100 Ом. Кабель був створений для роботи в мережах по стандарті IEEE 802.5.

• Кабель категорії 5 – у цей час самий довершений кабель, розрахований на передачу даних у смузі частот до 100 Мгц. Складається із кручених пар, що мають не менш 27 витків на метр довжини (8 витків на фут). Кабель тестується на всі параметри й має хвильовий опір 100 Ом. Рекомендується застосовувати його в сучасних високошвидкісних мережах типу Fast Ethernet й TPFDDI. Кабель категорії 5 приблизно на 30-50% дорожче, ніж кабель категорії 3.

• Кабель категорії 6 – перспективний тип кабелю для передачі даних у смузі частот до 200 (або 250) Мгц.

• Кабель категорії 7 – перспективний тип кабелю для передачі даних у смузі частот до 600 Мгц.

Відповідно до стандарту EIA/TIA 568, повний хвильовий опір найбільш довершених кабелів категорій 3, 4 й 5 повинен становити 100 Ом ± 15% у частотному діапазоні від 1 МГц до максимальної частоти кабелю. Вимоги не дуже жорсткі: величина хвильового опору може знаходитися в діапазоні від 85 до 115 Ом. Тут же слід зазначити, що хвильовий опір екранованої скрученої пари STP по стандарту повинне бути рівним 150 Ом ± 15%. Для погодження опорів кабелю й устаткування у випадку їхньої розбіжності застосовують погоджуючі трансформатори, (Balun). Існує також екранована кручена пари із хвильовим опором 100 Ом, але використовується вона досить рідко.

---