Модуль пошуку не встановлено.
22.04.2006
Дмитро Лобов
Ще порівняно недавно з підключенням до Інтернету особливого вибору не було - купуєш модем, картки і підключаєшся. Зараз для підключення до мережі Інтернет, поряд з підключенням по телефонній лінії за допомогою модемів, постачальники послуг стали використовувати альтернативні методи підключення по локальних мережах. Однією з основних характеристик, що відрізняють ці способи, є те, який вид кабелю забезпечує доступ в Інтернет.
У цій статті я спробую розповісти про те, що таке локальна мережа, як вона будується, і чим відрізняються одні кабелі від інших. Це допоможе, вибираючи спосіб підключення, точніше визначити переваги і недоліки різних способів підключення.
Локальна обчислювальна мережа (ЛОМ) це комунікаційна система, що дозволяє спільно використовувати ресурси комп'ютерів, які в даний момент підключені до мережі. Для того щоб належати до мережі, кожен, хто входить в неї комп'ютер повинен мати:
- мережеву карту (мережевий адаптер);
- мережевий кабель;
- операційну систему, яка підтримує роботу в мережі (наприклад, Windows, Linux і т.п.).
Мережеві карти та мережеві кабелі - основна частина мережевого обладнання. Більшість неполадок при роботі в мережі відбувається з їхньої вини, як правило, внаслідок порушення елементарних правил експлуатації їх користувачами. Тому варто звертати особливу увагу на їх якість. На кожному комп'ютері, що складається в мережі, повинен бути встановлений мережевий адаптер. І адаптер, і кабель повинні відповідати обраному типу мережі. Завдання мережевого адаптера - передача і прийом мережевих сигналів з кабелю. Адаптер сприймає команди і дані від мережевої операційної системи, перетворює цю інформацію в один зі стандартних форматів і передає її в мережу через підключений до адаптера кабель.
Кабель складається з провідників, шарів екрану і ізоляції. Також до складу кабелю входять роз'єми для підключення його до мережевого обладнання. Для зручності швидкого переключення кабелів і мережевого устаткування використовуються різні електромеханічні пристрої, які називаються кросовими коробками або шафами.
У комп'ютерних мережах застосовуються кабелі, які задовольняють певним стандартам. Це дозволяє будувати мережу з кабелів і сполучних пристроїв різних виробників, а не мучитися підбором всіх компонентів одного виробника. Сучасні стандарти визначають характеристику не окремо кабелю, а повного набору складових, які потрібні для створення кабельного елемента (наприклад, з'єднувального шнура від робочої станції до розетки, самої розетки, основного кабелю, твердого кросового з'єднання та шнура до мережного концентратора).
Найбільш вживані стандарти на сьогоднішній момент - американський стандарт EIA / TIA-568A, міжнародний стандарт ISO / IEC 11801, європейський стандарт EN50173 і фірмовий стандарт компанії IBM.
Стандарти визначені для чотирьох типів кабелів: на основі неекранованої кручений пари, екранованої кручений пари, коаксіального і волоконно-оптичного кабелю.
У стандартах безпосередньо кабелів обмовляється досить багато характеристик, з яких нижче перераховуються найголовніші:
- Загасання (Attenuation). Загасання вимірюється в децибелах на метр для певної частоти або діапазону частот сигналу.
- Перехресні наведення на ближньому кінці (Near End Cross Talk NEXT). Вимірюється в децибелах на метр для певної частоти сигналу.
- Імпеданс (хвильовий опір). Це повне (реактивне і активне) опір в електричному ланцюзі. Імпеданс вимірюється в Омасі. Це відносно постійна величина для кабельних систем. Для коаксіальногокабелю, використовуваного в стандарті Ethernet, імпеданс повинен становити 50 Ом. Для неекранованої кручений пари найбільш часто використовується значення імпедансу 100 і 120 Ом.
- Активний опір. Це опір постійному струму в електричному ланцюзі. Воно не залежить від частоти, на відміну від імпедансу, а збільшується зі збільшенням довжини кабелю.
- Ємність - властивість металевих провідників накопичувати енергію. Два металевих провідника в кабелі, роз'єднані діелектриком, вдають із себе конденсатор, який здатний накопичувати заряд. Ця паразитна ємність - величина небажана, і тому намагаються, щоб вона була якомога менше. Чим більше її значення в кабелі, тим сильніше спотворення сигналу і менше смуга пропускання даного кабелю. Чим більше частота сигналу і більше ємність кабелю, тим менше опір для струму при даному напрузі.
- Рівень захисту від зовнішнього електромагнітного випромінювання. Його ще називають електричним шумом. Являє собою появу наведення небажаного змінної напруги в провіднику. Електричний шум буває фоновий і імпульсний, а також низько-, середньо-і високочастотний. Вимірюється в мілівольтах. Джерелами фонового електричного шуму в діапазоні до 150 кГц виступають лінії електропередачі, лампи денного світла і телефони. У діапазоні від 150 кГц до 20 МГц електричний шум створює оргтехніка: комп'ютери, принтери, ксерокси. У діапазоні від 20 МГц до 1 ГГц - телевізійні і радіопередавачі, СВЧ-печі. Імпульсний електричний шум створюють електродвигуни, перемикачі та зварювальні апарати.
- Діаметр. Площа поперечного перерізу провідника. Для кабелів з мідним провідником досить загальновживаною американська система AWG (American Wire Gauge), що вводить умовні типи провідників, наприклад 22AWG, 24 AWG, 26 AWG. Чим вище номер типу провідника, тим менше його діаметр. В обчислювальних мережах найчастіше застосовуються вищевказані приклади провідників. У міжнародних і європейських стандартах діаметр провідника вказується в міліметрах.
Звичайно, перераховані тут параметри далеко не всі, які застосовні до різних видів кабелів. Крім електромагнітних характеристик, представлених тут, кабелі мають механічні та конструктивні характеристики, які визначають тип його ізоляції, тип роз'єму і т.п. Також у кожного типу кабелю є своя індивідуальна характеристика, наприклад такий параметр, як крок скрутки проводів, використовується тільки для характеристики кручений пари, а параметр NEXT застосовується до багатожильним кабелях на основі кручений пари. Волоконно-оптичні кабелі розрізняються за розміром несе волокна і оболонки - шару скла, що відбиває світло. Крім того, кабелі розрізняють за режимом передачі: одномодові і багатомодові, а також по використовуваної довжини хвилі (850-1550 нс) і застосовуваним джерел світла (лазери або світлодіоди - LED).
Основними в сучасних стандартах кабелями є кабелі на основі витої пари і оптоволокна, також досить широко використовується коаксіальний кабель.
Кабелі на основі кручений пари
Мідні неекрановані кабелі на основі витої пари діляться за своїми електромеханічним властивостями на 5 категорій.
Кабель категорії 1 застосовується у випадках, де вимоги до швидкості передачі даних мінімальні. Зазвичай він застосовується для аналогової і цифрової передачі голосу і малої швидкості передачі даних.
Кабель категорії 3 вперше був використаний фірмою IBM для побудови власної кабельної системи. Основна вимога до цього виду кабелю - передача сигналів зі спектром 1 МГц.
Кабель категорії 3 стандартизований в 1991 році. Тоді був розроблений Стандарт телекомунікаційних кабельних систем для комерційних будівель (EIA-568), згодом на його основі створено стандарт EIA-568A. Цей стандарт визначив електричні характеристики кабелів категорії 3 для частоти 16 МГц, що забезпечує роботу даного кабелю з високошвидкісними мережевими додатками. Кабель категорії 3 призначений як для передачі даних, так і для передачі голосу. Крок скрутки проводів дорівнює три витка на 30,5 см. На основі цього кабелю побудовано більшість кабельних систем офісних будівель, за якими здійснюється передача голосу і даних.
Кабель категорії 4 - це покращений варіант попередньої категорії. Цей кабель повинен витримувати тести на частоті передачі сигналу 20 МГц, при цьому забезпечувати хорошу стійкість і низькі втрати сигналу. Ця категорія добре підходить для систем зі збільшеним до 135 метрів відстанню, а також в мережах Token Ring з пропускною спроможністю 16 Мбіт / с. Однак на практиці майже не використовується.
Кабель категорії 5 спеціально розроблений для підтримки високошвидкісних протоколів. Їх характеристики визначаються в діапазоні до 100 МГц. На кабель категорії 5 орієнтовано більшість високошвидкісних стандартів. З ним працюють протоколи зі швидкістю передачі даних 100 Мбіт / с FDDI з фізичним стандартом TP-PMD, Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN і більш швидкісні протоколи АТМ зі швидкістю 155 Мбіт / с, а також варіант Gigabit Ethernet зі швидкістю 1000 Мбіт / с. Варіант Gigabit Ethernet з урахуванням кручений пари з використанням 4-жильного кабелю UTP став стандартом в 1999 році. Кабель категорії 5 прийшов на зміну третьої категорії, і в даний час кабельні системи великих будівель будуються на цьому типі кабелю в поєднанні з волоконно-оптичним.
Кабелі UTP випускаються в 2- і 4-парному виконанні. Кожна пара такого кабелю має свій крок скрутки і певний колір. У 4-парному виконанні дві пари призначені для передачі даних і ще дві для передачі голосу.
Для з'єднання кабелів використовуються розетки і вилки RJ-45, які представляють собою восьмиконтактних роз'єми і зовні схожі на телефонні роз'єми.
Окремо в категорії кабелів на основі кручений пари стоять кабелі категорії 6 і 7. Для кабелю категорії 6 характеристики визначаються до частоти 200 МГц, а для категорії 7 - 600 МГц.
Кабелі категорії 7 обов'язково екрануються, причому як кожна пара окремо, так і весь кабель в цілому. Кабель категорії 6 може бути як екраніруемого, так і немає.
Основне призначення цього кабелю - підтримка високошвидкісних протоколів на відрізках кабелю більшої довжини, ніж UTP-кабель категорії 5, максимальна довжина сегмента якого не повинна перевищувати 100 метрів. Кабель категорії 7 навряд чи доцільний до застосування: вартість мережі на його основі близька до вартості мережі на оптоволокне, а характеристики оптоволоконних кабелів вище. Тому, ймовірно, в найближчому майбутньому він поступово піде, залишившись тільки в історії розвитку кабелів.
Кабелі на основі екранованої кручений пари STP добре захищають від зовнішніх перешкод передаються сигнали. Заземлюючих екран, який використовується в цьому типі кабелю, ускладнює прокладку, так як вимагає якісного заземлення і здорожує сам кабель. Екранований кабель застосовується тільки для передачі даних.
Основний стандарт, який визначає параметри екранованої кручений пари, це фірмовий стандарт IBM. У цьому стандарті кабелі діляться не на категорії, а на типи (Type 1-type 9). З них основний - це кабель Type 1. Він складається з двох пар проводів і екранує проводить обплетення, яка заземлюється. Кабель STP Type 1 включений в міжнародні стандарти.
Екрановані пари використовуються також в кабелі Type 2. Цей кабель аналогічний Type1, c доданими до нього двома парами неекранованих проводів для передачі голосу. До обладнання ці кабелі підключаються за допомогою роз'ємів конструкції IBM.
Не всі кабелі стандарту IBM екрановані. Наприклад, Type 3 визначає характеристики неекранованого телефонного кабелю, а Type 5 - оптоволоконного.
коаксіальні кабелі
Коаксіальні кабелі існують у великій кількості типів, які використовуються в телевізійних, телефонних та комп'ютерних мережах. Це так званий "товстий" коаксіальний кабель і різні варіанти "тонкого" коаксіального кабелю, який має гірші механічні й електричні характеристики, ніж "товстий".
Зате "тонкий" коаксіальний кабель більш зручний для монтажу, що і пояснює його більш широке використання. Стандарт EIA / TIA -568A не описує коаксіальні кабелі з хвильовим опором 50 Ом як морально застарілі.
Волоконно-оптичні кабелі
Волоконно-оптичні кабелі складаються з центрального провідника світла - сердечника - прозорого волокна, і оболонки, яка оточує сердечник. Оболонка також складається зі скла, але має менший показник заломлення світла, ніж сердечник.
Промені світла поширюються по сердечнику, не виходячи за його межі, оскільки відбиваються від покриває шару оболонки. Залежно від розподілу показника заломлення і від величини діаметру сердечника розрізняють 3 типи волокна.
1) Многомодовое волокно зі ступінчастим показником заломлення.
2) Многомодовое волокно з плавним зміною показника заломлення.
3) Одномодовое волокно.
"Мода" - це опис режиму поширення світлових променів по сердечнику кабелю. В одномодовому кабелі (SMF-Single Mode Fiber) сердечник дуже малий по діаметру, всього 5-10 мкм, що порівнянно з довжиною світлової хвилі. Світлові промені поширюються по сердечнику, майже не відбиваючись від зовнішнього провідника, вздовж оптичної осі світловода. У цього типу кабелю дуже широка смуга пропускання - сотні гігагерц на кілометр. Для одномодового кабелю потрібне виготовлення тонких якісних волокон, і оскільки це складний технологічний процес, відповідно, це робить досить дорогим і сам кабель. Ще один недолік цього виду кабелю - значні енерговитрати, які виникають при направленні пучка світла в волокно такого маленького діаметру. У зв'язку з цим в одномодових кабелях як джерело світла використовуються напівпровідникові лазери. Вони працюють на довжині хвиль 1300 і 1550 нм і модулюють світловий потік з частотами 10 ГГц і вище. Також при використанні лазерів в одномодових кабелях втрати енергії менше, ніж в багатомодових при використанні в них світлодіодів як джерел світла.
У багатомодових кабелях MMF Multi Mode Fiber сердечник ширший, ніж в одномодовом. Його легше виготовити технологічно, а це значить, що багатомодовий кабель дешевше. Основні загальновживані кабелі цього типу, затверджені стандартом, - 62,5 / 125 мкм і 50/125 мкм. Перше число перед дробом - діаметр сердечника, число ж праворуч від дробу вказує розмір зовнішнього провідника.
У багатомодових кабелях у внутрішньому провіднику одночасно перебуває кілька світлових променів. Ці промені відбиваються від зовнішнього провідника під різними кутами.
Кут відображення променя і називається модою. У багатомодових кабелів смуга пропускання становить 500-800 МГц / км. Смуга пропускання звужується через втрати світлової енергії при відображенні променів і при інтерференції променів різних мод. Джерелами світла в багатомодових кабелях служать світлодіоди. Вони випромінюють світло з довжиною хвилі 850 нм і 1300 нм. Світлодіоди з довжиною хвилі 850 нм істотно дешевше, ніж з 1300 нм, але смуга пропускання для кабелю з довжиною хвиль 850 нм, наприклад 200 МГц / м замість 500 МГц / м.
Передача електромагнітної енергії по световоду заснована на ефекті повного внутрішнього відображення. Промені світла, входячи в серцевину двошарового світловода, з торця утримуються всередині сердечника за рахунок повного внутрішнього відображення на кордоні двох середовищ з різними показниками заломлення. Для реалізації цього ефекту формуються два шари з кварцового скла з різними показниками заломлення.
Залежно від того, як відбувається зміна показника заломлення, розрізняють два типи волокон: із ступінчастим і градієнтним (плавним) зміною показника заломлення.
Волоконно-оптичні кабелі підключаються до обладнання за допомогою роз'ємів MICST і SC. Вони мають відмінні електромагнітні і фізичні характеристики (відмінно гнуться і механічно міцні при наявності ізоляції), однак це затьмарюється одним серйозним недоліком. Цей недолік - складне з'єднання волокон з роз'ємами і між собою в тому випадку, якщо потрібно наростити кабель. Вартість самого волоконно-оптичного кабелю приблизно дорівнює вартості кабелю на кручений парі, але вартість монтажних робіт обходиться набагато дорожче через дорогий монтажного обладнання та трудомісткості з'єднання кабелю з роз'ємом. При неякісному з'єднанні різко зменшується смуга пропускання оптоволоконного кабелю і лінії на його основі.
Переважаюче більшість компаній, що надають послуги доступу в Інтернет, використовують у своїй роботі оптоволокно і кручену пару. Основні траси між будівлями будуються на основі оптоволоконного кабелю, що забезпечує високу швидкість на цих ділянках, а безпосередньо до квартири користувача підводиться неекранована кручена пара п'ятої категорії, характеристики якої цілком відповідають вимогам на цій ділянці мережі. Такий варіант дозволяє забезпечити поєднання невисокої вартості підключення, так як монтажні роботи, пов'язані з підключенням по кручений парі, не вимагають великих зусиль і прийнятною швидкості роботи в Інтернеті. Саме цей спосіб підключення через локальні мережі можна вважати найбільш сучасним, підключення ж по коаксіальному кабелю поступово відходить у минуле в силу своєї високої вартості, при тому що якість зв'язку не вище, ніж при роботі через поєднання "оптоволокно - кручена пара".
