Сетевой кабель – физическая среда передачи

Основные группы кабелей

На сегодняшний день подавляющая часть компьютерных сетей использует для соединения провода или кабели. Они выступают в качестве среды передачи сигналов между компьютерами. Существуют различные типы кабелей, которые удовлетворяют потребности всевозможных сетей, от малых до больших.

В широком ассортименте кабелей нетрудно запутаться. Так, фирма Belden, ведущий производитель кабелей, публикует каталог, где предлагает более 2 000 их типов. К счастью, в большинстве сетей применяются только три основные группы кабелей:

• Коаксиальный кабель

• Витая пара

• Неэкранированная

• Экранированная

• Оптоволоконный кабель

Коаксиальный кабель

Не так давно коаксиальный кабель был самым распространенным типом кабеля. Это объяснялось двумя причинами. Во-первых, он был относительно недорогим, легким, гибким и удобным в применении. Во-вторых, широкая популярность коаксиального кабеля привела к тому, что он стал безопасным и простым в установке.

Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы, изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки. Если кабель кроме металлической оплетки, имеет и слой фольги, он называется кабелем с двойной экранизацией. При наличии сильных помех можно воспользоваться кабелем с учетверенной экранизацией. Он состоит из двойного слоя фольги и двойного слоя металлической оплетки.

рис. 9.

Некоторые типы кабелей покрывает металлическая сетка – экран. Он защищает передаваемые по кабелю данные, поглощая внешние электромагнитные сигналы, называемые помехами или шумом. Таким образом, экран не позволяет помехам исказить данные.

Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Жила – это один провод или пучок проводов. Сплошная жила изготавливается, как правило, из меди.

Жила окружена изоляционным слоем, который отделяет ее от металлической оплетки. Оплетка играет роль заземления и защищает жилу от металлических шумов и перекрестных помех. Перекрестные помехи - это электрические, вызванные сигналами в соседних проводах.

Проводящая жила и металлическая оплетка не должны соприкасаться, иначе произойдет короткое замыкание, помехи проникнут в жилу, и данные разрушатся.

Существует 2 типа коаксиальных кабелей:

• Тонкий коаксиальный кабель;

• Толстый коаксиальный кабель.

Выбор того или иного типа кабеля зависит от потребностей конкретной сети.

Тонкий коаксиальный кабель.

Тонкий коаксиальный кабель – гибкий кабель диаметром около 0.5 см. Он прост в применении и годится практически для любого типа сети. Подключается непосредственно к платам сетевого адаптера компьютеров.

Тонкий коаксиальный кабель способен передавать сигнал на расстояние до 185 метров без его заметного искажения, вызванного затуханием. Производители оборудования выработали специальную маркировку для различных кабелей. Тонкий коаксиальный кабель относится к группе, которая называется семейством RG-58, его волновое сопротивление равно 50 Ом. Волновое сопротивление – это сопротивление переменному току, выражающееся в омах. Основная отличительная способность этого семейства – медная жила. Она может быть сплошной или состоять из нескольких переплетенных проводов.

Кабель	Описание
RG – 58 /U	Сплошная медная жила
RG –58 A/U	Переплетенные медные провода
RG – 58 C/U	Военный стандарт для RG –58 A/U
RG – 59	Используется для широкополосной передачи (например, в кабельном телевидении)
RG – 6	Имеет больший диаметр по сравнению с RG – 59, предназначен для более высоких частот, но может применяться и для широкополосной передачи.
RG – 62	Используется в сетях ArcNet.

Толстый коаксиальный кабель.

Толстый коаксиальный кабель – относительно жесткий кабель с диаметром около 1 см. Иногда его называют «стандартный Ethernet», поскольку он был первым типом кабеля, применяемым в Ethernet - популярной сетевой архитектуре. Медная жила этого кабеля толще, чем у тонкого коаксиального кабеля.

Чем толще жила, тем большее расстояние способен преодолеть сигнал. Следовательно, толстый коаксиальный кабель передает сигналы дальше, чем тонкий, - до 500 метров. Поэтому толстый коаксиальный кабель часто используют в качестве основного кабеля (магистрали), который соединяет несколько небольших сетей, построенных на тонком коаксиальном кабеле.

Для подключения к толстому коаксиальному кабелю используют специальное устройство – трансивер. Трансивер снабжен специальным коннектором, который назван весьма впечатляюще – «зуб вампира» или «пронизывающий ответвитель». Этот «зуб» проникает через изоляционный слой и вступает в непосредственный физический контакт с проводящей жилой. Чтобы подключить трансивер к сетевому адаптеру, надо кабель трансивера подключить к коннектору AUI-порта сетевой платы.

Сравнение двух типов коаксиальных кабелей.

Как правило, чем толще кабель, тем сложнее с ним работать. Тонкий коаксиальный кабель гибок, прост в установке и относительно недорог. Толстый кабель трудно гнуть и, соответственно, его сложнее устанавливать. Это очень существенный недостаток, особенно, если необходимо уложить кабель по трубам или желобам. Толстый коаксиальный кабель дороже тонкого, но при этом он передает сигналы на большие расстояния.

Классы коаксиальных кабелей и требования пожарной безопасности.

Выбор того или иного класса коаксиальных кабелей зависит от того, где этот кабель будет прокладываться. Существует 2 типа коаксиальных кабелей:

• Поливинилхлоридные

• Пленумные – для прокладки в области пленума

Поливинилхлорид - это пластик, который применяется в качестве изолятора или внешней оболочки у большинства коаксиальных кабелей. Он достаточно гибок, его можно прокладывать на открытых участках помещений. Однако при горении он выделяет ядовитые газы.

Пленум – небольшое пространство между фальш-потолком и перекрытием, обычно его используют для вентиляции. Требования пожарной безопасности строго ограничивают типы кабелей, которые могут быть здесь проложены, поскольку в случае пожара выделяемые ими дым или газы распространяются по всему зданию. Слой изоляции и внешняя оболочка пленумного кабеля выполнены из специальных огнеупорных материалов, которые при горении выделяют минимальное количество дыма. Это уменьшает риск химического отравления. Кроме того, эти кабели можно прокладывать открыто, не заключая в трубу. Однако они дороже и жестче, чем поливинилхлоридные.

Витая пара.

Самая простая витая пара – это 2 перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Существуют 2 типа тонкого кабеля: неэкранированная витая пара и экранированная витая пара.

рис. 10

Несколько витых пар может помещаться в одну защитную оболочку. Их количество в таком кабеле может быть различным. Завивка проводов позволяет избавиться от помех наводимых соседними парами и другими источниками, например двигателями, реле и трансформаторами.

Неэкранированная витая пара.

Неэкранированная витая пара (спецификация 10BaseT) широко используется в ЛВС, максимальная длина сегмента составляет 100 метров.

Неэкранированная витая пара состоит из 2-х изолированных медных проводов. Существует несколько спецификаций, которые регулируют количество витков в единицу длины – в зависимости он назначения кабеля. Существует 5 категорий неэкранированной витой пары:

• Категория 1

Традиционный телефонный кабель, по которому можно передавать только речь, но не данные. Большинство телефонных кабелей, произведенных до 1983 года, относятся к категории 1.

• Категория 2

Кабель, способный передавать данные со скоростью 4 Мбит/с. Состоит из 4-х витых пар.

• Категория 3

Кабель, способный передавать данные со скоростью 10 Мбит/с. Состоит из 4-х витых пар с девятью витками на 1 метр.

• Категория 4

Кабель, способный передавать данные со скоростью 16 Мбит/с. Состоит из 4-х витых пар

• Категория 5

Кабель, способный передавать данные со скоростью 100 Мбит/с. Состоит из 4-х витых пар медного провода

Большинство витых пар использует неэкранированную витую пару. Это одна из причин ее высокой популярности. Причем во многих организациях при строительстве, ее прокладывают не только для сегодняшних нужд телефонизации, но и, предусматривая запас кабеля, в расчете на будущие потребности. Если установленные в здании кабели рассчитаны на передачу данных, их можно использовать в компьютерной сети. Необходимо, однако, обратить внимание на то, что телефонный кабель не имеет витков, и его технические характеристики могут не соответствовать тем, которые соответствуют безопасной и надежной передачи данных между компьютерами. Одной из потенциальных проблем для всех типов кабелей являются перекрестные помехи – электрические наводки, вызванные сигналами в смежных проводах. Неэкранированная витая пара особенно страдает от перекрестных помех. Для уменьшения их влияния используют экран.

Экранированная витая пара

Кабель экранированной витой пары имеет медную оплетку, которая обеспечивает большую защиту, чем неэкранированная витая пара. Кроме того, пары бывают обмотаны фольгой. Все это означает, что экранированная витая пара, по сравнению с неэкранированной, меньше подвержена воздействию электрических помех и может передавать сигналы с большей скоростью и на большие расстояния.

Компоненты кабельной системы.

• Соединители

Для подключения витой пары к компьютеру используются телефонные коннекторы RJ-45. На первый взгляд, они похожи на RJ-11, но в действительности между ними есть существенные отличия.

Во-первых, вилка RJ-45 чуть больше по размерам и не подходит для гнезда RJ-11. Во-вторых, коннектор RJ-45 имеет 8 контактов, а RJ-11 только четыре.

рис. 11

Оптоволоконный кабель

В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это относительно надежный способ передачи, поскольку электрические сигналы при этом не передаются. Следовательно, оптоволоконный кабель нельзя вскрыть и перехватить данные, от чего не застрахован любой кабель, проводящий электрические сигналы.

Оптоволоконные линии предназначены для передачи больших объемов данных на очень высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается.

Оптическое волокно – чрезвычайно тонкий стеклянный цилиндр, называемый жилой, покрытый слоем стекла, называемого оболочкой, с иным, чем у жилы коэффициентом преломления. Иногда оптоволокно производят из пластика. Пластик проще в использовании, но он передает световые импульсы на меньшее расстояние по сравнению со стеклянным оптоволокном.

Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из 2- волокон с отдельными коннекторами. Одно из них служит для передачи, другое для приема. Жесткость волокон увеличена покрытием из пластика, а прочность – волокнами из кевлара. Кевларовые волокна располагаются между 2-мя волокнами, заключенными в пластик.

Передача по оптоволоконному кабелю не подвержена электрическим помехам и ведется на чрезвычайно высокой скорости (в настоящее время до 100Мбит/с, теоретически возможная скорость - 200 000 Мбит/с). По нему можно передавать световой импульс не многие километры.

Выбор кабеля

Прежде чем выбрать наиболее подходящий кабель необходимо ответить на следующие вопросы:

• Насколько интенсивным планируется сетевой трафик?

• Каковы требования защиты данных?

• На какое максимальное расстояние будет проложен кабель?

• Каковы требуемые характеристики кабеля?

• Сколько средств выделено на реализацию проекта?

При покупке сетевого кабеля необходимо найти компромисс между его стоимостью и характеристиками. Если, работая в крупной организации купить относительно дешевый кабель, бухгалтерия останется довольной, но скоро станет ясно, что ЛВС не обеспечивает ни должной скорости передачи данных, ни должной защиты.

К числу факторов, влияющих на стоимость и пропускную способность кабеля влияют следующие.

• Простота установки

• Экранирование

Экранирование кабеля приводит к его удорожанию.

• Перекрестные помехи

Помехи могут вызвать очень серьезные проблемы. Недорогие кабели слабо защищены от помех.

• Скорость передачи (часть полосы пропускания)

• Стоимость

• Затухание сигнала.

Ограничивает максимальную длину кабеля.

Сравнение кабелей

Характеристика	10Base2	10Base5	10BaseT	Оптоволоконный кабель
Стоимость	Дороже витой пары	Дороже толстого коаксиального кабеля	Самый дешевый	Самый дорогой
Эффективная длина кабеля*	185 м	500 м	100 м	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 к защите данных	Средние или большие сети с высокими требованиями к защите данных	UTP – самый дешевый вариант; STP – Token Ring любого размера	Сети любого размера с высокими требованиями к скорости передачи, уровню защиты и целостности данных.

* Эффективная длина кабеля может варьироваться в зависимости от каждой конкретной сети. С улучшением технологии она увеличивается.

** Диапазон скоростей передачи для некоторых типов кабелей расширяется.

10Base2 – тонкий коаксиальный кабель

10Base5 – толстый коаксиальный кабель

10BaseТ – витая пара

Беспроводные сети

Беспроводная среда постепенно входит в нашу жизнь. Как только технология окончательно сформируется, производители предложат широкий выбор продукции по приемлемым ценам, что приведет к росту спроса на нее, и к увеличению объема продаж. В свою очередь, это вызовет дальнейшее совершенствование и развитие беспроводной среды.

Беспроводные локальные сети используют 4 способа передачи данных:

• Инфракрасное излучение

• Лазер

• Радиопередача в узком спектре

• Радиопередача в рассеянном спектре

Также развиваются мобильные сети, пакетное радиосоединение, сотовые сети, микроволновые системы.