Согласование, экранирование и гальваническая развязка линий связи

Лк  Физическая среда передачи данных в сетях

Средой передачи информации называются линии (каналы) связи, по которым производится информационный обмен между компьютерами. В большинстве компьютерных сетей (особенно локальных) используются проводные или кабельные каналы связи, хотя сейчас применяются и беспроводные сети находят все более широкое применение^[1].

Информация в локальных сетях, как правило, передается с помощью последовательного кода, то есть бит за битом. Такой способ передачи медленнее и сложнее, чем при использовании параллельного кода.

Однако при более быстрой параллельной передаче (по нескольким кабелям одновременно) значительно увеличивается количество соединительных кабелей (в 8 раз при 8-разрядном коде).

При значительных расстояниях между абонентами сети стоимость соединительного кабеля сравнима или превосходит стоимость остальных компонентов сети, а проводников в n-раз больше.

Кроме того, передача на большие расстояния при любом типе кабеля требует сложной и дорогой аппаратуры приемника и передатчика, так как при этом необходимо генерировать мощный сигнал на передающем конце и детектировать слабый сигнал со стороны приемника. В случае последовательной передачи для этого требуется только один передатчик и приемник, при параллельной количество требуемых передатчиков и приемников увеличивается.

При параллельной передаче очень важно, чтобы длины отдельных кабелей были одинаковы. Иначе в результате прохождения по кабелям разной длины между сигналами на приемном конце образуется временное смещение, которое может привести к сбоям в работе сети или к ее полной неработоспособности.

Кабели делятся на три вида:

-электрические (медные) кабели на основе витых пар проводов (twisted pair), которые делятся на экранированные (shielded twisted pair, STP) и неэкранированные (unshielded twisted pair, UTP);

-электрические (медные) коаксиальные кабели (coaxial cable);

-оптоволоконные кабели (fiber optic).

Каждый тип кабеля имеет свои достоинства и недостатки, поэтому при выборе необходимо учитывать особенности решаемой задачи и отличии конкретной сети, в том числе и используемую топологию.

Принципиально важные параметры кабелей:

1. Полоса пропускания кабеля (частотный диапазон сигналов, пропускаемых кабелем) и затухание сигнала в кабеле. Эти параметры тесно связаны между собой, так как с увеличением частоты сигнала растет его затухание.

2. Помехозащищенность кабеля и обеспечиваемая им секретность передачи информации. Эти две взаимосвязанные характеристики показывают, как кабель взаимодействует с окружающей средой - как он реагирует на внешние помехи, и насколько просто прослушать передаваемую информацию.

3. Скорость распространения сигнала по кабелю или, обратный параметр – задержка сигнала на единицу длины кабеля. Этот параметр имеет существенное значение при выборе длины сети. Типичные величины скорости распространения сигнала – 0,6 - 0,8 от скорости распространения света в вакууме, типичные величины задержек – 4 - 5 нс/м.

4. Величина волнового сопротивления кабеля (импеданс). Сопротивление учитывают при согласовании кабеля для предотвращения отражения сигнала от его концов. Волновое сопротивление зависит от формы и взаиморасположения проводников, от технологии изготовления и материала диэлектрика кабеля. Типичные значения волнового сопротивления – от 50 до 150 Ом.

В настоящее время используются следующие стандарты на кабели:

-EIA/TIA 568 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard) – американский;

-ISO/IEC IS 11801 (Generic cabling for customer premises) – международный;

-CENELEC EN 50173 (Generic cabling systems) – европейский.

Эти стандарты описывают практически идентичные кабельные системы, которые отличаются терминологией и нормами на основные регламентируемые параметры.

Подключение линий связи

Согласование, экранирование и гальваническая развязка линий связи

Электрические линии связи (коаксиальные кабели, витые пары) требуют проведения специальных мер, без которых невозможна не только безошибочная передача информации, но и функционирование сети.

Согласование электрических линий связи применяется для обеспечения нормального прохождения сигнала по длинной линии без искажений и отражений. Принцип согласования кабеля состоит в следующем: на его концах устанавливают согласующие резисторы (терминаторы) сопротивление которых равно волновому сопротивлению используемого кабеля.

Рис. Терминатор

Волновое сопротивление - это характеристика данного типа кабеля, которая зависит только от его внутреннего строения (сечения, количества проводников, толщины и материала изоляции и т.д.). Его величина указывается в сопроводительной документации на кабель и составляет обычно от 50-100 Ом для коаксиального кабеля, 100-150 Ом для витой пары. Сетевые адаптеры компьютеров специально рассчитываются на работу с конкретным типом кабеля.

Экранирование электрических линий связи используют для уменьшения влияния на кабель внешних электромагнитных полей. Такой экран представляет собой алюминиевую или медную оболочку (плетеную из отдельных проводников или из фольги), в которую заключаются провода кабеля. Для того, чтобы экран работал его необходимо заземлить. Кроме того, экранирование существенно уменьшает внешние излучения кабеля, что важно для обеспечения секретности передаваемых данных. Побочными положительными эффектами от экранирования являются увеличение механической прочности кабеля и трудности с подсоединением к кабелю для подслушивания передаваемой информации. Экран заметно повышает не только механическую прочность кабеля, но также и его стоимость.

Гальваническая развязка компьютеров от сети при использовании электрического кабеля совершенно необходима. Это связано с тем, что по электрическим кабелям (по сигнальным проводам и по экрану) идут не только информационные сигналы, но и так называемый выравнивающий ток, который возникает вследствие не идеальности заземления компьютеров. Если компьютер не заземлен, на его корпусе может образоваться наведенный потенциал около 110 вольт переменного тока.

Соединение компьютеров ЛВС электрическим кабелем обязательно должно включать:

- согласование кабеля с использованием терминаторов;

- гальваническую развязку компьютеров от сети;

- заземление всех компьютеров;

- заземление экрана кабеля (при наличии) в одной точке.

[1] Кондратенко С., Новиков Ю. Основы локальных сетей [Электронный ресурс]