Кабели на основе экранированной витой пары
Экранированная витая пара STP защищает передаваемые сигналы от внешних помех, а также меньше излучает электромагнитных колебаний вовне, что защищает, от перехвата информации, передаваемой в сети. Наличие заземляемого экрана делает кабель дорогим и резко усложняет его прокладку, так как требует выполнения качественного заземления. Экранированный кабель применяется только для передачи данных, а аудиоинформация по нему не передается. Используется в системах, предъявлющих высокие требования к конфедициальности передаваемой информации.
Основным стандартом, определяющим параметры экранированной витой пары, является фирменный стандарт IBM. В этом стандарте кабели разделяются не на категории, а на типы: Type 1, Type 2, ..., 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.
· Экранированные витые пары используются также в кабеле IBM type 2, который представляет кабель Type 1 с добавленными 2 парами неэкранированного провода для передачи голоса.
Не все типы кабелей стандарта IBM относятся к экранированным кабелям - некоторые определяют характеристики неэканированного телефонного кабеля (Type 3) и оптоволоконного кабеля (Type 5).
Коаксиальные линии.
Коаксиальный кабель имеет несимметричную конструкцию и состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции.
Существует большое количество типов коаксиальных кабелей, отличающихся конструкцией и характеристиками и используемых в сетях различного типа - магистральных, локальных, в радио и телевизионных системах.
Устройство:
1 - медная жила
2 - изоляция
3 - медная оплетка
4 - мягкая пластмасса
Рис.1
Особенности:
1. Широкая полоса пропускания, и, следовательно, высокая пропускная способность, эффективная работа на расстояниях 100 - 1000 м., хорошая защищенность от электромагнитных помех и низкий уровень радиоизлучения.
2. Коаксиальный кабель дешевле, чем оптоволоконный, но он сложнее в эксплуатации, поскольку:
o Входное и выходное сопротивления соединяемых устройств должны быть согласованы с волновым сопротивлением кабеля (равны).
o Большое количество разъемов при последовательном соединении компьютеров в локальных сетях с шинной структурой приводит к частому нарушению контактов и деградации сети.
o Чувствительность к различным уровням напряжения заземления оплетки кабеля, что существенно при подключении аппаратуры, питающейся от разных электрических подстанций. Для исключения электрического пробоя аппаратуры сети необходимо соблюдать особые правила.
Характеристики коаксиальных кабелей:
1. Волновое сопротивление кабеля. Измеряется в Омах. Также как и в кабелях с медными проводниками, имеет активные и реактивные составляющие и поэтому коаксиальный кабель является резонансным устройством. Наименьшие потери энергии при передаче сигнала имеют место на частоте резонанса, когда реактивные составляющие волнового сопротивления компенсируются.
2. Затухание. Зависит от частоты и конструкции кабеля, покрытия медной оплетки и центральной жилы серебром. Измеряется в погонных единицах дБ/м.
На коаксиальные кабели имеются отечественные и зарубежные стандарты. Параметры кабелей, определяемые в тех и других стандартах, в основном совпадают. В качестве примера ниже приведены стандарты США.
· RG-8 и RG-11 - "толстый" коаксиальный кабель, разработанный для сетей Ethernet 10Base-5. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Этот кабель обеспечивает хорошие механические и электрические характеристики (затухание на частоте 10 МГц - не хуже 18дБ/км), но его трудно монтировать - плохо гнется.
· RG-58/U,RG-58A/U и RG-58C/U - разновидности "тонкого" коаксиального кабеля для локальной сети Ethernet спецификации 10Base-2. Все эти разновидности кабеля имеют волновое сопротивление 50 Ом, но по сравнению с "толстым" коаксиальным кабелем обладают худшими механическими и электрическими характеристиками. Внутренний проводник не так прочен, но обладает гораздо большей гибкостью, удобной в монтаже. Затухание в этом типе кабеля выше.
· RG-59 - телевизионный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом. Широко применяется в кабельном телевидении.
· RG-62 - кабель с волновым сопротивлением 62 Ом, использовался в сетях ArcNet, оборудование которых сегодня практически не выпускается.
Оптоволоконные линии
Оптоволоконный кабель состоит из тонких (5-60 микрон) волокон из высококачественного оптического стекла, по которым распространяются световые сигналы. Световой сигнал - это пучок света, формируемый лазером или другим устройством и промодулированный по яркости информационными битами. На приемном конце располагают фотоприемник, принимающий световой сигнал. Это наиболее качественный тип кабеля - он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и к тому же лучше обеспечивает полную защиту данных от внешних помех и от перехвата.
Состоит кабель из центрального проводника света (сердцевины) - стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла - оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки.
Конструкции оптического кабеля:
1 - источник сигнала,
2 - оболочка,
МОД - модулятор света по яркости,
ФП - фотоприемник (декодирование сигнала)
Рис.1
1 - ОВ,
2 - полиэтиленовая трубка,
3 - силовой элемент,
4 и 5 - соответственно внутренняя и внешняя полиэтиленовые оболочки
Рис.2
В зависимости от соотношения показателя преломления сердцевина/оболочка и от величины диаметра сердцевины различают:
· многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления,
· многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления,
· одномодовое волокно.
Понятие "мода" описывает режим распространения световых лучей во внутреннем сердечнике кабеля.
В одномодовом кабеле используется центральный проводник очень малого диаметра - от 5 до 10 мкм. Для передачи информации применяется свет с длиной волны 1550 нм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника. Затухание - 0,1-0,3 дБ/км. Изготовление тонких качественных волокон представляет сложный технологический процесс, что делает одномодовый кабель достаточно дорогим. Кроме того, в волокно такого маленького диаметра достаточно сложно точно направить пучок света, не потеряв при этом значительную часть его энергии.
Вмногомодовых кабеляхиспользуются более толстые внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически. В стандартах определены два наиболее употребительных многомодовых кабеля: 62,5/125 мкм и 50/125 мкм, где 62,5 мкм и 50 мкм - это диаметр центрального проводника, а 125 мкм - диаметр внешнего проводника. В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике световой луч отражается от внешнего проводника под разными углами. Угол отражения луча называется модой луча. В многомодовых кабелях с плавным изменением коэффициента преломления режим распространения каждой моды имеет более сложный характер. Многомодовые кабели имеют более узкую полосу пропускания и обеспечивают скорость передачи от 500 до 800 МГц/км. Сужение полосы пропускания происходит из-за потерь световой энергии при отражениях, а также из-за интерференции лучей разных мод. Для таких кабелей применяется свет с длиной волны 1330 нм и 840 нм.
Типы оптического кабеля
Многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления.
Многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления.
Одномодовое волокно.
Рис.2
В качестве источников излучения света в оптоволоконных кабелях применяются:
· светодиоды,
· полупроводниковые лазеры.
Для одномодовых кабелей применяются только когерентные источники излучения - например, полупроводниковые лазеры, по двум причинам. При таком малом диаметре оптического волокна световой поток, создаваемый светодиодом, невозможно без больших потерь направить в волокно. Кроме того, светодиод создает световое излучение, содержащее свет с различными длинами волн. Поскольку скорость распространения световых сигналов с разными длинами волн неодинакова, на вход приемника составляющие светового пучка приходят с различным запаздыванием, в результате чего фронт принимаемого светового сигнала размывается, и при декодировании возникают ошибки. Соответственно, при этом снижается дальность передачи.
Для многомодовых кабелей используются более дешевые светодиодные излучатели. Светодиоды могут излучать свет с длиной волны 850 нм и 1300 нм. Лазерные излучатели работают на длинах волн 1300 и 1550 нм. Быстродействие современных лазеров позволяет модулировать световой поток с частотами 10 ГГц и выше. Лазерные излучатели создают когерентный поток света, за счет чего потери в оптических волокнах становятся меньше, чем при использовании некогерентного потока светодиодов.
Распространение света в проводнике:
Рис.3
На выходе размытый сигнал. Как бороться с размытым сигналом?
· Используют тонкий оптоволоконный проводник
· Источник сигнала берут таким, чтобы он излучал волны одной частоты и скорости распространения были одинаковыми (т.е. надо использовать монохромный излучатель)
Особенности оптоволоконного кабеля :
1. Высокая пропускная способность, небольшая величина погонного затухания и , следовательно, большие расстояния передачи, отсутствие шумов, вызывающих ошибки при передаче, невозможность перехвата передаваемой информации вследствие отсутствия внешних излучений.
2. Возможность создания многоканальной линии путем применения нескольких передающих лазерных пучков.
3. Невосприимчивость к электромагнитным помехам.
4. Кабели хорошо гнутся, а в соответствующей изоляции обладают хорошей механической прочностью.
5. Сложно выполнять ответвления (трудность соединения с разъемами и между собой при необходимости наращивания длины кабеля).
6. Высокая стоимость кабеля, оборудования и монтажа.