Кабели на основе экранированной витой пары

Экранированная витая пара STP хорошо защищает передаваемые сигналы от внешних помех, а также меньше излучает электромагнитных колебаний вовне, что защищает, в свою очередь, пользователей сетей от вредного для здоровья излучения. Наличие заземляемого экрана удорожает кабель и усложняет его прокладку, так как требует выполнения качественного заземления. Экранированный кабель применяется только для передачи данных, а голос по нему не передают.

Основным стандартом, определяющим параметры экранированной витой пары, является фирменный стандарт IBM. В этом стандарте кабели делятся не на категории, а на типы: Type I, 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 (UTP категории 5 имеет волновое сопротивление 100 Ом), поэтому простое «улучшение» кабельной проводки сети путем замены неэкранированной пары UTP на STP Type 1 невозможно. Трансиверы, рассчитанные на работу с кабелем, имеющим волновое сопротивление 100 Ом, будут плохо работать на волновое сопротивление 150 Ом. Поэтому при использовании STP Type 1 необходимы соответствующие трансиверы. Такие трансиверы имеются в сетевых адаптерах Token Ring, так как эти сети разрабатывались для работы на экранированной витой паре. Некоторые другие стандарты также поддерживают кабель STP Type I - например, l00VG-AnyLAN, а также Fast Ethernet (хотя основным типом кабеля для Fast Ethernet является UTP категории 5). В случае если технология может использовать UTP и STP, нужно убедиться, на какой тип кабеля рассчитаны приобретаемые трансиверы. Сегодня кабель STP Type 1 включен в стандарты EIA/TIA-568A, ISO 11801 и EN50173, то есть приобрел международный статус.

Экранированные витые пары используются также в кабеле IBM Type 2, который представляет кабель Type 1 с добавленными 2 парами неэкранированного провода для передачи голоса.

Для присоединения экранированных кабелей к оборудованию используются разъемы конструкции IBM.

Не все типы кабелей стандарта IBM относятся к экранированным кабелям - некоторые определяют характеристики неэкранированного телефонного кабеля (Type 3) и оптоволоконного кабеля (Type 5).

Коаксиальные кабели

Существует большое количество типов коаксиальных кабелей, используемых в сетях различного типа - телефонных, телевизионных и компьютерных. Ниже приводятся основные типы и характеристики этих кабелей.

• RG-8 и RG-11 - «толстый» коаксиальный кабель, разработанный для сетей Ethernet l0Base-5. Имеет волновое сопротивление 50 Ом и внешний диаметр 0,5 дюйма (около 12 мм). Этот кабель имеет достаточно толстый внутренний проводник диаметром 2,17 мм, который обеспечивает хорошие механические и электрические характеристики (затухание на частоте 10 МГц - не хуже 18 дБ/км). Зато этот кабель сложно монтировать - он плохо гнется.

• RG-58/U, RG-58 A/U и RG-58 C/U - разновидности «тонкого» коаксиального кабеля для сетей Ethernet l0Base-2. Кабель RG-58/U имеет сплошной внутренний проводник, а кабель RG-58 A/U - многожильный. Кабель RG-58 C/U проходит «военную приемку». Все эти разновидности кабеля имеют волновое сопротивление 50 Ом, но обладают худшими механическими и электрическими характеристиками по сравнению с «толстым» коаксиальным кабелем. Тонкий внутренний проводник 0,89 мм не так прочен, зато обладает гораздо большей гибкостью, удобной при монтаже. Затухание в этом типе кабеля выше, чем в «толстом» коаксиальном кабеле, что приводит к необходимости уменьшать длину кабеля для получения одинакового затухания в сегменте. Для соединения кабелей с оборудованием используется разъем типа BNC.

• RG-59 - телевизионный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом. Широко применяется в кабельном телевидении.

RG-62 - кабель с волновым сопротивлением 93 Ома, использовался в сетях ArcNet, оборудование которых сегодня практически не выпускается. Коаксиальные кабели с волновым сопротивлением 50 Ом (то есть «тонкий» и «толстый») описаны в стандарте EIA/TIA-568. Новый стандарт EIA/TIA-568A коаксиальные кабели не описывает, как морально устаревшие.

10. Кабельные системы сетей ЭВМ. Волоконно-оптические кабели и спутниковая связь

Волоконно-оптические кабели (Таненбаум стр. 122-124 + конспект)

По волоконнооптическим кабелям передаются не электрические сигналы, а световые волны. Полоса пропускания сигнала очень широка, частота более 1 МГц, в связи с чем скорость передачи достигает Гб/с.

Для оконцовки волоконнооптического кабеля используются специальные оптические разъемы. Оборудование для оконцевания выпускают всего 3 компании в мире.

Оптоволоконная система передачи данных состоит из трех основных компонентов: источника света, носителя, по которому распространяется световой сигнал, и приемника сигнала, или детектора. Световой импульс принимают за единицу, а отсутствие импульса – за ноль. Свет распространяется в сверхтонком стеклянном волокне. При попадании на него света детектор генерирует электрический импульс. Присоединив к одному концу волокна источник света, а к другому – детектор, мы получим однонаправленную систему передачи данных. Система принимает электрические сигналы и преобразует их в световые импульсы, передающиеся по волокну. На другой стороне происходит обратное преобразование в электрические сигналы.

Такая передающая система была бы бесполезна, если бы свет по дороге рассеивался и терял свою мощность. Однако здесь используется интересный закон физики. Когда луч света переходит из одной среды в другую, луч отклоняется на границе сред. Соотношение углов падения и отражения зависит от свойств смежных сред (в частности, от их коэффициентов преломления). Если угол падения превосходит некоторую критическую величину, луч света целиком отражается обратно в стекло, а в смежную среду ничего не проходит. Таким образом, луч света, падающий на границу сред под углом, превышающим критический, оказывается запертым внутри волокна и может быть передан на большое расстояние почти без потерь.

Поскольку любой луч с углом падения, превышающим критический, будет отражаться от стенок волокна, то и множество лучей будет одновременно отражаться под различными углами. Про каждый луч говорят, что он обладает некоторой модой, а оптическое волокно, обладающее свойством передавать сразу несколько лучей, называют многомодовым.

Однако если уменьшить диаметр волокна до нескольких длин волн света, то волокно начинает действовать подобно волноводу, и свет может двигаться только по прямой линии, без отражений от стенок волокна. Такое волокно называется одномодовым.

Одномодовые кабели сделаны из более качественного материала, используются на магистральных линиях связи. Длина волны – 850-1150нм. Скорость передачи по одномодовому кабелю достигает на сегодняшний день до 50 Гбит/с на расстоянии до 100 км. В лабораториях были достигнуты и большие скорости, правда, на меньших дистанциях.

Многомодовые кабели: скорость меньше за счет того, что передаются несколько волн одновременно. Расстояние – до 1,5 км. Дешевле, легче оконцовывать. Используются для локальных соединений.

Состоят из кристаллов двуокиси кремния.

Спутниковая связь (конспект лекций)

Используют для передачи также радиочастотные сигналы (1,5 ГГц – 20 ГГц). Выделяются отдельно по своему построению, но по своему принципу аналогичны радиочастотному соединению.

Р аботает тот спутник, который находится в данный момент над соответствующей точкой Земли.

Спутники движутся с той же скоростью, что и Земля – геостационарная орбита.

Спутники связаны между собой и находятся в одном и том же положении по отношению к Земле.

Билет№11 Кабельные системы сетей ЭВМ. Радиорелейные и инфракрасные каналы.

Радиорелейные линии связи (РРЛ) предназначены для передачи сигналов в диапазонах дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн. Передача ведется через систему ретрансляторов, расположенных на расстоянии прямой видимости. Ретрансляторы осуществляют прием сигнала, усиление его, обработку и передачу на следующий ретранслятор. Общая протяженность РРЛ может достигать тысяч километров.    До недавнего времени РРЛ использовали диапазоны частот от 2 до 8 ГГц и представляли собой монументальные дорогостоящие структуры. Применялись сложные и дорогие антенные опоры: мачты или башни. Громоздкая аппаратура располагалась на станциях в специальных зданиях с собственной электростанцией и жилыми помещениями для обслуживающего персонала. Такие структуры существуют и строятся в настоящее время при организации магистральных систем связи. В 1993 г. введена в строй магистральная цифровая РРЛ Санкт-Петербург - Москва, а в 1997 г. - Москва - Хабаровск. Запланировано строительство еще нескольких магистральных систем.    Однако, в последние годы, новейшие технологии и освоение диапазонов частот выше 10 ГГц, коренным образом изменили структуры и оборудование радиорелейных линий связи. Габариты и вес оборудования уменьшились в десятки и сотни раз. В типовом исполнении современная радиорелейная аппаратура состоит из наружного и внутреннего модулей, соединенных кабелем. Наружный модуль выполняется в виде моноблока весом в несколько килограмм, состоящего из приемопередатчиков и антенны. Пример конструкций наружных блоков современной отечественной аппаратуры показан на рисунке слева (аппаратура Бист и Sandra), а на рисунке справа - наружный блок зарубежной аппаратуры MINI-LINK, которая достаточно широко распространена в России.

  Наружный блок устанавливается на простой антенной опоре или на здании, дымовой трубе и прочих возвышенных местах. Внутренний модуль располагается в помещении, удаленном от наружного модуля на расстояние до 300 - 400 м и представляет собой настольную или настенную компактную конструкцию. Подобные устройства получают массовое распространение в мире и позволяют организовывать радиорелейные линии и сети связи, передавая информацию:

• между населенными пунктами,

• внутри населенных пунктов, между отдельными предприятиями или зданиями,

• между базовыми станциями сотовой связи,

• между компьютерными центрами.

Кроме того, подобные устройства могут применяться для:

• обеспечения телекоммуникационными каналами индивидуальных пользователей,

• оперативной организации связи при различных стихийных бедствиях и катастрофах,

• организации вставок в действующие и строящиеся телекоммуникации.

   Современное оборудование обладает очень высокой надежностью. На аппаратуру ведущих фирм дается время наработки на отказ до 25-30 лет.    Условия распространения сигнала на интервалах РРЛ значительно отличаются от условий свободного пространства. Во-первых, электромагнитные волны могут отражаться от поверхности Земли и приходить вместе с прямой волной на вход приемника. Во-вторых, на вход приемника может приходить волна, отраженная от неоднородностей атмосферы. Взаимодействие прямой и отраженных волн приводит к изменениям уровня сигнала в приемной антенне, другими словами - к замираниям. Это обстоятельство усугубляется тем, что радиоволны распространяются по кривым траекториям, зависящим от состояния атмосферы (времени года, времени суток, погоды и пр.). Следовательно, замирания на трассе РРЛ являются случайной величиной. Помимо этих явлений, на распространение сигнала в диапазонах волн выше 8-10 ГГц, сильное влияние оказывают дождь, снег, туман, смог. Несмотря на эти дестабилизирующие факторы современные технологические решения позволяют обеспечивать надежную и эффективную связь по интервалам РРЛ.    В труднодоступных местах и для специальных целей находят применение тропосферные радиорелейные линии (ТРЛ), которые работают на расстояниях значительно превышающих прямую видимость. Передача сигнала идет за счет рассеяния электромагнитной энергии в тропосфере. Вследствиe того, что уровни рассеяных сигналов очень малы, мощности передающих устройств в ТРЛ составляют до 10 киловатт, применяются громоздкие антенны с размерами до 30х30 м и сложные малошумящие приемники. Протяженность одного интервала может быть 200 - 400 км.    Радиорелейные каналы связи получили широкое распространение во всем мире. По сравнению с традиционными наземными медными или оптоволоконными линиями они имеют следующие преимущества:

• сравнительная дешевизна высокоскоростного канала связи,

• отсутствие работ, связанных с прокладкой наземных линий связи,

• нечувствительность к сложным для прохождения участкам трассы (магистральные трассы, путипроводы, реки, болота, леса и т.п.),

• централизованное обслуживание и ремонтопригодность.

  К недостаткам можно отнести:

• ограниченную дальность одного сегмента, не превышающую 100 км не только из-за энергетики, но и из-за влияния кривизны земли на обеспечение прямой видимости (исключение - ТРЛ),

• зависимость качества связи от времени года и времени суток

  Таким образом, имеется вполне определенная ниша, в которой недостатки использования радиорелейных каналов связи приктически отсутствуют. Это создание или реинжениринг магистральной высокоскоростной цифровой связи в индустриальныно развитых районах, пригородах крупных городов, между мегаполисами и их городами-спутниками.

Для беспроводной связи «точка-точка», необходимо сделать выбор: радио или лазерная связь. Радиосвязь заведомо не годится в следующих случаях:    - неблагоприятная электромагнитная обстановка на объектах;    - наличие проблем с лицензированием радиочастоты;    - несоответствие требований секретности возможностям методов радиосвязи.    Перечисленные ситуации встречаются часто, и в большинстве подобных случаев применение средств инфракрасной технологии могло бы решить указанные проблемы.    Перспективность применения средств инфракрасной технологии для информационного обмена определяется прежде всего такими свойствами как:    - практически абсолютная помехозащищенность и помехоустойчивость от электромагнитных помех искусственного и естественного происхождения;    - высокая скорость передачи (до 500 Мбит/с) и независимость затухания от ее величины;    - высокая скрытность самого факта информационного обмена и, как следствие, отсутствием практических возможностей несанкционированного доступа в канал;    - возможность работы в агрессивных, зараженных, огнеопасных или взрывоопасных средах;    - возможность установления связи в местах, где прокладка кабеля невозможна или запрещена;    - отсутствие необходимости получения разрешения на установку и эксплуатацию таких линий (мощность излучения передатчика не превышает 50 мВт), хотя оборудование беспроводной оптической связи, как и любое оборудование связи, должны иметь сертификат Министерства связи РФ.    В каких же случаях инфракрасная технология связи оказывается незаменимой?    Прежде всего, технологию лазерной связи имеет смысл применять там, где нет возможности осуществить проводное соединение — в тех случаях, когда прокладка кабеля вызывает большие трудности или неоправданные финансовые или временные затраты. Например, между точками связи находится водная преграда или проходит крупная автострада. Кроме того, финансовые затраты на прокладку кабеля, как правило, превышают затраты на создание лазерного канала связи.    Другой причиной для использования средств инфракрасной технологии может быть непостоянное положение точек связи. Например, одна или обе точки связи находятся в арендуемых помещениях. В таком случае, при смене места аренды достаточно демонтировать оборудование и установить его на новом месте.    Еще одна область применения лазерной связи - создание резервных каналов на случай выхода из строя основных кабельных коммуникаций.    И, наконец, последнее: возможна установка врeменного лазерного канала связи за счет аренды оборудования на период проведения работ по прокладке кабельного соединения.    Конструктивно линия связи инфракрасного диапазона представляет собой два одинаковых блока, находящихся в климатических защитных кожухах для установки вне помещений. Каждый блок имеет разъемы для непосредственного подключения к кабельной сети здания через стандартные интерфейсы, к которым относятся: V.35, G.703, Ethernet (Half и Full Duplex), ATM-155; кроме того, существуют модели с интерфейсом в виде оптоволоконного разъема, которые поддерживают такие протоколы, как Fast Ethernet, E1, E3, FDDI, ATM. В каждом блоке находится приемник и передатчик. Передатчик представляет собой излучатель на основе импульсного полупроводникового лазерного диода (иногда обычного светодиода). Приемник в большинстве случаев имеет в своей основе скоростной pin-фотодиод или лавинный фотодиод.    И приемник, и передатчик снабжены мощными объективами, благодаря чему луч обладает малым углом расходимости. Передаваемая информация кодируется короткими импульсами излучения. Лазерные приемопередатчики осуществляют двустороннюю связь, то есть два параллельных луча распространяются в противоположных направлениях от передатчиков к приемникам.    Обязательным условием применения ЛАЛС является наличие прямой геометрической видимости между абонентами, для обеспечения которой приемо-передающие блоки устанавливаются вне помещений, например, на крышах зданий, балконах последних этажей и т.п. Лазерные линии обычно рассчитаны на функционирование при температуре окружающей среды от –60 до +50°С.    Устанавливаются блоки ЛАЛС таким образом, чтобы оптические оси приемопередатчиков совпадали. Сложность монтажных работ по установке и настройке ЛАЛС зависит от конкретной модели устанавливаемой линии. В целом, время затрачиваемое на установку и настройку ЛАЛС варьируется от 30 минут до нескольких часов, что не скажешь о временных затратах на прокладку проводных, в том числе и волоконно-оптических линий связи, тем более если речь идет о расстояниях в несколько километров.    После установки приемо-передающих блоков их необходимо подключить к существующим кабельным сетям в обоих зданиях. Производители ЛАЛС придерживаются следующей общей идеологии подключения: линия лазерной связи представляет собой эмуляцию отрезка кабеля (две витые пары или две жилы оптического кабеля), т.е. для всех устройств, участвующих в кабельной сети связываемых зданий, эта линия «не видна», не накладывает никаких ограничений на оборудование, не вносит никаких дополнительных протоколов связи или изменений и дополнений к протоколам связи.

Важнейшим свойством ЛАЛС является высокая степень защиты канала от несанкционированного доступа. Защищенность канала является следствием самой природы ЛАЛС, а не обеспечивается какими-либо специальными методами. Осуществить перехват канала технически весьма трудно в силу острой направленности луча и уникального для каждой модели метода кодирования информации импульсами излучения. По оценкам специалистов, вероятность перехвата информации составляет порядка 10–8.   Одним из основных факторов, определяющих возможность применения ЛАЛС, является устойчивость связи при воздействии помех различного происхождения как естественного, так и искусственного, в частности, снега, тумана, дыма и других явлений, снижающих прозрачность атмосферы.

 Характеристикой воздействия атмосферы на связь можно считать средний процент нерабочего времени, то есть период, в течение которого связь отсутствовала. Анализ типовых условий применения ЛАЛС в городских условий показал, что дальность связи, в основном, лежит в диапазоне от 1…2 до 4…5 км. При таких дальностях связи можно ожидать уменьшение времени неблагоприятных для связи погодных условий до 0,01…-0,001 % от общего времени работы. Для линии, рассчитанной на дальность связи 10 км и при длине волны излучателя 820 нм, на расстоянии до 3 км влияние естественных помех практически не ощущается, то есть линия функционирует при любых погодных условиях. С увеличением расстояния возрастают помехи, и на дальности 10 км неблагоприятные для связи условия наблюдаются в течение срока, длительность которого составляет 1,5…2 % от общего времени работы за год. Причем снегопад является виновником отсутствия связи в половине всех случаев, на долю тумана приходится 30 % и дыма – 20 %. Необходимо отметить, что не во всех случаях неблагоприятных для связи условий происходит полная потеря связи, в ряде случаев наблюдается уменьшение скорости информационного обмена за счет повторной передачи информации.    Особо следует отметить тот факт, что дождь не оказывает серьезных помех для связи в инфракрасном диапазоне, тогда как для радиорелейных линий, работающих на высоких частотах (десятки ГГц), дождь является вредным фактором.    В настоящее время можно смело сказать, что для задачи организации связи между объектами существует решение в виде ЛАЛС. Судите сами. Основными параметрами, которые нужно учесть при организации связи, являются дальность, используемый интерфейс (то есть скорость связи, протокол, тип кабельного соединения и пр.) и, главное, цена. ЛАЛС зарубежных производителей находятся в той же ценовой нише, что и радиорелейные линии, то есть в зависимости от технических характеристик их стоимость в большинстве случаев лежит в пределах от 10 до 20 тыс. долларов. Что касается цен на ЛАЛС отечественного производства, то они заметно ниже. Следует отметить, что стоимость оборудования ЛАЛС значительно возрастает при увеличении дальности связи.    Проведенный анализ позволил получить сравнительную характеристику родов связи (см. табл.1).    На сегодняшний день производится целый ряд моделей ЛАЛС. К наиболее известным зарубежным компаниям, выпускающих лазерные линии связи, относятся: Canon Inc, Laser Communications Inc, Jolt Communications Ltd, Freebird Communications Ltd, Modular Technology PLC, A.T. Schindler Communications. Среди отечественных разработчиков следует отметить Воронежский НИИ связи, НИИ ПП, Государственное предприятие «Полюс» и Государственный Рязанский приборный завод.    Наиболее интересной ЛАЛС в плане практической реализации уникальных технологий и, соответственно, наиболее дорогой является Canobeam II — продукт известной во многих других областях фирмы Canon. Canobeam II поддерживает связь со скоростью 155 Мбит/с (АТМ или 4 канала видео) при дальности до 4 км. Угол расходимости луча передатчика сделан очень узким — порядка 4 угловых минут, за счет чего средняя мощность излучения не превышает 10 мВт при дальности связи до 4 км. При таком узком угле луча связь не может быть устойчивой из-за ветра и суточных смещений зданий. Эта проблема решена путем отслеживания направления на следующий приемо-передающий блок и автоматической корректировки оптической оси излучения. Корректировка осуществляется путем смещения специальных зеркал внутри блока. Другой важной особенностью Canobeam является специальное расширение лазерного луча непосредственно в передатчике, вследствие чего выходящий луч имеет пониженную мощность на единицу площади в непосредственной близости от передатчика и удовлетворяет стандарту безопасности IEC 825. Разумеется, все уникальные черты этой ЛАЛС отразились на ее цене, которая составляет 110 тыс. долларов.    К сожалению, большинство зарубежных моделей ЛАЛС имеют диапазон рабочих температур от –30 до +50°С, что делает их неприемлемыми для многих районов нашей страны. Распространенной задачей беспроводного соединения с помощью ЛАЛС в России является связь между полевыми точками в районах Севера, где вечная мерзлота препятствует прокладке кабеля, северные сияния создают помехи для радиосвязи, а температура зимой нередко опускается до –60°С. Некоторые производители, например, Laser Communications, предлагают помещать приемо-передающие блоков в специальный саркофаг. Разумеется, это вызывает дополнительные финансовые затраты.    Спектр оборудования российских производителей также достаточно широк (см. табл.2). Приемлемый перечень поддерживаемых интерфейсов, конкурентоспособные цены и способность работать в более жестких климатических условиях позволяют успешно применять отечественные лазерные линии.    Дальность связи большинства отечественных моделей ЛАЛС лежит в пределах от 200 м до 10 км. Они способны передавать данные с максимальной скоростью 34,368 Мбит/с. Тем не менее прогресс не стоит на месте. В числе недавно запущенных в производство новинок можно отметить линию связи на 155 Мбит/с, разработанную Государственным Рязанским приборным заводом. Дальность этой ЛАЛС выше, нежели у большинства зарубежных моделей, и составляет 5 км. Диапазон рабочих температур — от -60 до +50°С — не обеспечивается ни одной зарубежной ЛАЛС. Для монтажа и настройки эти линии снабжены юстировочной платформой и оптическим прицелом.    Лазерные линии Л90, Л0115 и ЛСПА-2Б обеспечивают полную дуплексную связь, ориентированы на организацию обмена между двумя ЭВМ по последовательному порту (RS232). В блоке Л0115 имеется некоторый запас по скорости передачи, что позволяет одновременно с информационным обменом организовать при необходимости и обмен внутренними сигналами управления. Например, обмен информацией о величине принимаемого сигнала в каждой из двух точек позволяет оптимизировать режим работы излучателя по мощности, и как следствие, увеличить время эффективной работы лазера. Лазерная линия связи рассчитана на функционирование при температуре окружающей среды от -40 до +50°С. Блоки не имеют внешних выключателей питания и функционируют круглосуточно после подключения к обычной городской или промышленной сети 220 В 50 Гц. Максимальное потребление не превышает 25…60 Вт.    ЛАЛС типа АОЛТ, разработанные НИИ ПП (Москва), предназначены для приема/передачи цифровых потоков между центральными и периферийными узлами в составе системы сотовой связи с вероятностью ошибки передачи на бит информации не хуже 10-6 при средней мощностью излучения передатчика не более 15…30 мВт. При этом предусмотрена возможность увеличения скорости передачи и дальности высокоскоростных систем до 10 км. ЛАЛС типа АОЛПИ предназначены для приема/передачи цифровых потоков в локальных сетях через атмосферу.    Как видно из сказанного выше, ЛАЛС не являются панацеей от всех бед. Они, конечно, имеют свои недостатки, однако есть случаи, когда ЛАЛС может оказаться наиболее удобным и экономически выгодным решением.