Физическая среда локальных сетей

В качестве среды передачи информации в локальных сетях наиболее широкое применение находят: коаксиальный кабель, витые пары проводников и оптоволоконные среды.

Коаксиальный кабель является широкополосным средством связи, позволяющим передавать информацию в достаточно большом частотном диапазоне. Он может использоваться как для одноканальной, так и для многоканальной передачи. В локальных компьютерных сетях используются коаксиальные кабели с различным волновым сопротивлением от 50 0м до 120 0м, однако предпочтение отдается кабелю с волновым сопротивлением в 50 0м.

Физически коаксиальный кабель представляет собой двухпроводную линию связи, в которой один проводник (центральный) находится внутри другого. Диаметр центрального проводника оказывает существенное влияние на электрические параметры кабеля. В соответствии с законами физики высокочастотный сигнал распространяется по внешнему диаметру проводника. При большем диаметре проводника затухание высокочастотного сигнала меньше. Затухание сигналов представляет собой часть интенсивности сигнала или мощности, которую электрический сигнал теряет при прохождении по соединительному проводу - при очень высоком затухании приемник может потерять способность надежной дешифрации данных.

Центральный проводник может быть как одножильным, так и многожильным медным проводником. Кабель с многожильным центральным проводником более гибкий и надежный, однако, стоимость его несколько выше. Внешний проводник выполнен в виде цилиндра, сплетенного из медного провода. Центральный и внешний проводники разделены между собой изоляцией. Внешняя оболочка кабеля выполняется из поливинилхлорида или флуорополимера. Для достижения максимального уровня сигнала размер сегмента коаксиального кабеля должен быть кратен длине волны передаваемого сигнала. С целью определения места подключения абонентских систем коаксиальный кабель маркируется по всей длине через определенное расстояние. Качество функционирования локальной компьютерной сети во многом определяется электрическими и механическими характеристиками кабеля. Электрические параметры оказывают существенное влияние на реальное значение скорости передачи информации и устойчивость работы сети. Механические параметры определяют удобство монтажа и надежность сетевых соединений.

В настоящее время в локальных сетях находит применение кабель на базе витых пар проводников. Подобная передающая среда с успехом используется в таких локальных сетях, как 10Base-Т, Token Ring, 100VG-AnyLAN и др.

Существует множество типов кабелей с витыми парами проводов. Кабели могут содержать четыре пары проводников или представлять собой жгуты из 25 и более пар неэкранированных или экранированных проводов. Неэкранированные провода, как правило, имеют волновое сопротивление в 100 0м, а экранированные - 150 0м. Учитывая широкое использование кабеля на базе витых пар проводников в различных компьютерных сетях, разработан ряд стандартов, определяющих электрические и монтажные параметры кабеля. В рамках каждого типа кабеля различают несколько его категорий. Например, для неэкранированного кабеля из 4 витых пар, который достаточно широко используется в локальных сетях, определены категории с номерами 3, 4, 5. Основное различие между категориями заключается в частотных характеристиках. Так, неэкранированный кабель категории 3 представляет собой стандартный телефонный кабель с полосой частот в 15 МГц. Кабель четвертой категории обеспечивает полосу пропускания в 20 МГц, а кабель 5 категории – 100 МГц. В зависимости от категории кабеля определяется максимально допустимая длина сегмента кабеля между двумя активными устройствами, например между абонентской системой и концентратором. Для кабеля 3 категории длина сегмента не должна превышать 100 м, для 5 категории – 150 м. Экранированные кабели обладают более высокими параметрами передачи сигналов. Для данного типа кабелей определены категории 1, 2, 6 и 9 и дополнительные типы 1А, 2А, 6А и 9А, ориентированные на высокочастотное исполнение до частоты 300 МГц.

Для подключения витых пар проводников часто используются телефонные разъемы RJ-45 (8-контактные) или Telko (50-контактные). Стандарты определяют прокладку кабелей точечными кабельными сегментами. Все кабельные секции должны использовать витые пары проводников, нигде не допускается использование плоских кабелей. Первая пара проводников маркируется белым и синим цветами, вторая пара – оранжевым и белым цветами, третья пара – зеленым и белым цветами, четвертая пара – коричневым и белым цветами. За стандартными типами сетей закреплены определенные пары проводников и распределения контактов. Так, для сети Token Ring используются пары 1 и 3, для сети 10Base-T – пары 2 и 3. Сеть 100VG-AnyLAN требует использования всех четырех пар.

В большинстве случаев допустимое общее затухание кабельного тракта между концентратором и оконечным узлом составляет 11,5 дБ на частотах 5 МГц, 10 МГц и 14 дБ на частоте 15 МГц.

При использовании многопарного кабеля необходимо учитывать межпарные перекрестные помехи, представляющие собой воздействие сигналов одной пары на сигналы соседней пары. Затухание (ослабление) перекрестных помех между любыми двумя парами одного и того же кабельного жгута должно быть не менее 30,5 дБ на частоте 5 МГц, 26,0 дБ на частоте 10 МГц и 23 дБ на частоте 15 МГц.

Наиболее перспективной передающей средой, обеспечивающей скорость передачи в несколько Гбит/с, является оптоволоконный кабель. В качестве передающей среды в нем используется оптическое волокно (световод), представляющее собой тонкую стеклянную нить толщиной 50-100 мкм. Основным стандартным соотношением номинальных диаметров сердцевины и окружающего ее слоя считается соотношение 62,5/125 мкм. Информация по оптоволоконному кабелю передается с помощью световых сигналов. В качестве источников света могут использоваться светодиоды или лазерные диоды. При выборе в качестве источника света лазерного диода, который может переключаться с частотой в несколько тысяч МГц, обеспечивается достаточно высокая скорость передачи цифровых сигналов. Следует заметить, что прозрачность оптического волокна на несколько порядков выше прозрачности обычного стекла, что позволяет передавать световой сигнал на десятки километров без существенного снижения уровня сигнала. Оптическое волокно достаточно гибкое, это дает возможность прокладывать оптоволоконный кабель практически по тем же каналам, что и коаксиальный кабель. При соответствующей технологии изготовления оптоволоконного кабеля можно добиться того, что свет будет распространяться вдоль световода и не излучаться наружу, даже если кабель будет скручен. Наряду с высокой скоростью передачи оптоволоконный кабель значительно тоньше и легче обычного кабеля. К преимуществам оптоволоконной среды передачи также относится невосприимчивость к электрическим помехам.