Физическая среда передачи данных

Физическая среда передачи данных делится на проводную передающую среду и беспроводную.

Проводная передающая среда включает в себя три основные группы кабелей:

• коаксиальный (coaxial cabel)

• витая пара (twisted pair)

  • неэкранированная (unshielded)

  • экранированная (shielded)

• оптоволоконный кабель (fiber optic)

коаксиальный кабель

Название «коаксиальный» образовано от слов co – вместе , axial- осевой, т.е. оно означает «вокруг одной оси».

Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы (один провод или пучок), изоляции, экрана в виде металлической оплетки и (может быть еще слой фольги- двойная экранизация)внешней оболочки.

Сигнал передается по медному сердечнику, металлический экран кабеля защищает передаваемый по сердечнику сигнал от внешних электромагнитных помех. Внешняя оболочка, защищающая всю эту конструкцию от влаги, пыли, механических повреждений, делается из пластмассы или резины.

Тонкий коаксиальный кабель (RG-58) - гибкий кабель диаметром около 0.5 сантиметров. Подключается непосредственно к плате сетевого адаптера с помощью T- разъема. Оба конца кабеля должны заканчиваться терминаторами. Схема подключения компьютеров показана на рисунке. Способен передавать сигнал со скоростью 10 Мбит/с на расстояние до 185 метров без его заметного искажения.

Сети, построенные на тонком коаксиальном кабеле имеют топологию шина, то есть все компьютеры подключены к общему отрезку кабеля. При повреждении участка кабеля или при плохом контакте T- разъема, сеть не распадается на два изолированных, но функционирующих участка, а полностью выходит из строя. Это снижает ее надежность, а также затрудняет задачу диагностики места неполадки.

Толстый коаксиальный кабель (RG8 или RG11)– имеет толщину около 1 сантиметра. Медная жила этого кабеля толще, чем у тонкого коаксиального кабеля. И за счет этого расстояние, на которое передается сигнал, достигает 500 метров. Основное применение толстого кабеля в качестве опорного кабеля (магистрали), который соединяет несколько небольших сетей, построенных на тонком кабеле. Для подключения к толстому кабелю применяют специальное устройство- трансивер (transceiver). Схема подключения компьютера к сети на толстом коаксиальном кабеле показана на рисунке. Скорость передачи данных остается 10 Мбит/с.

Подключение трансивера к толстому коаксиальному кабелю

Витая пара (twisted pair) - это кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины.

Витая пара существует в экранированном варианте (Shielded Twistedpair, STP), когда пара медных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированном (Unshielded Twistedpair, UTP), когда изоляционная обертка отсутствует. Скручивание проводов уменьшает перекрестные помехи, чем больше витков на единицу длинны, тем меньше влияние перекрестных помех.

Неэкранированная витая пара определена стандартом EIA/TIA 568, включающем семь категорий. Но все кабели UTP независимо от их категории выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки. Обычно две пары предназначены для передачи данных, а две - для передачи голоса.

Неэкранированная витая пара (UTP) широко используется в ЛВС. Популярность неэкранированной пары обусловлена следующими факторами:

• дешевизна

• гибкость и легкость установки

• для подключения неэкранированной витой пары используются разъемы RJ-45, которые внешне выглядят аналогично телефонным разъемам RJ-11.

• Н еэкранированные виты пары используются в топологии звезда, имеющей многочисленные преимущества.

В соответствии с областью применения и пропускной способностью витые пары делятся на категории.

Максимальная длинна сегмента -100 метров.

Экранированная витая пара (STP) – кабель имеет медную оплетку (или слой фольги). Экранирование защищает от внешних помех и уменьшает вредное для здоровья электромагнитное излучение. Однако наличие заземленного экрана усложняет процесс прокладки кабеля и увеличивает его стоимость. Экранированный кабель применяется только для передачи данных, а голос по нему не передают.

Для подключения к компьютеру используют коннектор RJ-45.

Оптоволоконный кабель (optical fiber)

В оптоволоконном кабеле данные распространяются по оптическим каналам в виде модулированных световых импульсов (не электрический сигнал).

При построении сетей используются многожильные кабели (рис.), существуют и другие разновидности кабеля: например двух- или четырехжильные, а также плоские.

В верхней части ри­сунка изображено отдельное оптоволокно, а в нижней сечение восьмижильного оптического кабеля. Свет вводится в оптоволокно с помощью светоизлучающего диода или полупроводникового лазера. Центральное волокно покрывается слоем (клэдинг), коэффициент преломления которого меньше, чем у центрального ядра (стрелками условно показан ход лучей света в волокне). Для обеспечения механической прочности извне волокно покрывается полимерным слоем. Кабель может содержать много во­локон, например 8. В центре кабеля помещается стальной трос, ко­торый используется при прокладке кабеля. С внешней стороны ка­бель защищается стальной, оплеткой и герметизируется эластичным полимерным покрытием.

Рис а) отдельное волокно (1- клэдинг, 2 – полимерный слой)

б) восьмижильный кабель (1- стальной сердечник, 2 - стальная оплетка, 3- отдельное волокно)

В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника различают:

Понятие «мода» описывает режим распространения световых лучей во внутреннем сердечнике кабеля. В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF) используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света - от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника.

В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber, MMF) используются более широкие внутренние сердечники(50 мкм), которые легче изготовить технологически. В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника под разными углами.

Одним, из критических мест волоконных систем являются состыковка волокон и разъемы. Учитывая диаметр центральной части во­локна, нетрудно предположить, к каким последствиям приведет смещение осей стыкуемых волокон даже на несколько микрон (осо­бенно в одномодовом варианте, где диаметр центрального ядра ме­нее 10 мкм) или изменение формы сечения волокон.

Волоконно-оптические кабели присоединяют к оборудованию разъемами ST и SC.

ST-разъем для оптоволоконного кабеля

Используются также оптоволоконные разъемы типа SC, присоединяемые подобно RJ-45 путем простого вставления в гнездо. Разъемы SC обычно жестко соединены по два для двух кабелей.

SC-разъем для оптоволоконного кабеля

Передача по кабелю не подвержена электрическим помехам и ведется на большой скорости ( сейчас широко используется скорость 100 Мбит/с и выше более 1Гбит/с).

Кроме высокой пропускной способности, волоконно-оптические кабели обладают следующими преимуществами:

• Безопасность данных выше, чем при использовании коаксиального кабеля или витой пары, так как незаметно подключиться к оптической нити невозможно.

• Волоконно-оптические кабели меньше подвержены затуханию, поэтому по ним можно передавать данные на большие расстояния – 2 километра и более.

• Совершенно нечувствительны к электромагнитным помехам.

Однако у них есть один серьезный недостаток - сложность соединения волокон с разъемами и между собой при необходимости наращивания длины кабеля.

Сама стоимость волоконно-оптических кабелей ненамного превышает стоимость кабелей на витой паре, однако проведение монтажных работ с оптоволокном обходится намного дороже из-за трудоемкости операций и высокой стоимости применяемого монтажного оборудования. Так, присоединение оптического волокна к разъему требует проведения высокоточной обрезки волокна в плоскости строго перпендикулярной оси волокна, а также выполнения соединения путем сложной операции склеивания, а не обжатия, как это делается для витой пары. Выполнение же некачественных соединений сразу резко сужает полосу пропускания волоконно-оптических кабелей и линий.

Сравнительные характеристики кабелей

Характеристика	Тонкий коаксиальный кабель (10Base2)	Толстый коаксиальный кабель (10Base5)	Витая пара (10BaseT)	Оптоволоконный кабель
Стоимость	Дороже витой пары	Дороже тонкого коаксиального кабеля	Самый дешевый	Самый дорогой
Эффективная длина кабеля*	185м	500м	100м	2 км
Скорость передачи**	10 Мбит/с	10 Мбит/с	4-100 Мбит/с	100 Мбит/с и выше
Гибкость	Довольно гибкий	Менее гибкий	Самый гибкий	Не гибкий
Простота установки	Прост в установке	Прост в установке	Очень прост в установке; может быть установлен при строительстве	Труден в установке
Подверженность помехам	Хорошая защита от помех	Хорошая защита от помех	Подвержен помехам	Не подвержен помехам
Особые свойства	Электронные компоненты дешевле, чем у витой пары	Электронные компоненты дешевле, чем у витой пары	Тот же телефонный провод; часто проложен во время строительства	Поддерживает речь, видео и данные
Рекомендуемое применение	Средние или большие сети с высокими требованиями	Средние или большие сети с высокими требованиями к защите данных	UTP - самый дешевый вариант; STP -Token Ring любого размера к защите данных	Сети любого размера с высокими требованиями к скорости передачи, уровню защиты и целостности данных