Выбор среды передачи информации

Для соединения узлов информационной сети между собой с настоящее время используются различные среды (линии) передачи информации, которые подразделяются на кабельные и некабельные (беспроводные).

Кабельные линии, в свою очередь, подразделяются на проводные и оптические, которые в настоящее время создаются на основе действующих стандартов.

Проводные кабельные линии - это, как правило, кабели на основе медных проводников, которые по своей конструкции подразделяются на две группы: коаксиальные кабели и кабели типа «витая пара».

Существует большое количество коаксиальных кабелей (Coacxial cable), используемых для передачи сигналов высокой частоты в информационных сетях. В компьютерных сетях находят применение следующие типы кабелей: RG-8, RG-11,RG-58/U, RG-58/A, RG-58C/U.

Кабели RG-8 и RG-11 относятся к классу так называемых «толстых» коаксиальных кабелей (наружный диаметр 0,5 дюйма, центральный проводник 2,17 мм), разработанный для сетей Ethernet 10Base - 5. Этот тип кабеля обеспечивает хорошие механические и электрические характеристики (затухание на частоте 10 МГц не хуже 18 ДБ на км). Волновое сопротивление 50 Ом. Из-за плохой гибкости трудно монтировать. Длина сегмента 500 м.

Кабели типа RG-58/U, RG-58/A и RG-58C/U относятся к группе так называемых «тонких» коаксиальных кабелей (наружный диаметр которых 5 мм, центральный проводник 0,8 мм), разработаны для сетей Ethernet 10Base-2. Электрические характеристики гораздо ниже чем у «толстого» коаксиала, однако из-за хорошей гибкости гораздо шире применяются при прокладке сетей. Большое затухание в кабеле приводит к сокращению максимальной длины сегмента до 185м. Волновое сопротивление 50 Ом.

В настоящее время существует такое большое число различных видов кабелей на основе «витой пары», которые подразделяются на две большие группы: кабели на основе неэкранированной «витой паре» (Uhshielded Twistad Pair, UTP) и кабели на основе экранированной «витой пары» (Shielded Twistad Pair, STP).

Кабели UTP в настоящее время являются основой средой передачи для неоптических технологий. Хорошие электрические и механические характеристики в сочетании с удобством монтажа и сравнительно невысокой стоимостью делают кабель UTP идеально подходящей средой для построения горизонтальной подсистемы структурированной кабельной системы (СКС), например ЛВС. Волновое сопротивление 100 Ом. В зависимости от характеристик кабели UTP делится на 7 категорий:

Кабели категории 1 (Category 1) применяют там, где требования к скорости передачи данных минимальны. Обычно это кабели для передачи голоса и низкоскоростной (десятки Кбит/с) передачи данных (до настоящего времени UTP cat.1 был основным кабелем телефонной связи). Длина сегмента 100 м.;

Кабели категории 2 (Category 2) отличаются от UTP Cat.1 полосой пропускания которая равна 1МГц. Длина сегмента 100 м.

Кабели категории 3 (Category 3) имеют полосу пропускания 16 МГц, используются для построения среднескоростных сетей, обеспечивающих передачу как данных, так и голоса (речевой информации). Длина сегмента 100 м.;

Кабели категории 4 (Category 4) представляют собой улучшенный вариант UTP cat.3, имеют полосу пропускания 20 МГц, наивысшую помехоустойчивость и низкие потери. Длина сегмента 120…140 м.;

Кабели категории 5 (Category 5) специально созданы для поддержки высокоскоростных технологий FastEthernet, 100VG-AnyLAN, FDDI, а впоследствии АТМ и GigabitEthernet. Полоса пропускания UTP Cat. 5 - 100МГц. Кабель UTP Cat. 5 является основой всех современных кабельных систем и все новые технологии ЛВС ориентируются на него. Длина сегмента 100 м.;

Кабели категории 6 (Category 6) начали выпускать сравнительно недавно и имеют полосу пропускания - 200 МГц. Кабели UTP Cat. 6 используется в высокоскоростных сетях на отрезках большей длины, чем UTP Cat. 5, однако они значительно дороже кабелей UTP Cat. 5 и по стоимости приближаются к волоконно-оптическим кабелям. Кроме того они еще не стандартизированы;

Кабели категории 7 (Category 7) представляет собой модификацию кабеля UTP Cat. 6 и имеет полосу пропускания 600 МГц. Кабели данной категории так же не стандартизированы и их характеристики определяются только фирменными стандартами [26].

Общими недостатками кабелей типа UTP является их слабая защищенность передаваемых по ним сигналов от внешних излучений, сравнительно большие потери мощности в кабеле в виде излучения.

Этих недостатков лишены кабели типа STP, однако наличие экрана в таких кабелях требует выполнения качественного заземления при проведении монтажных работ, что усложняет и удорожает кабельные системы на STP. Основным стандартом, определяющим характеристики экранированной витой пары является фирменный стандарт IBM. В соответствии с этим стандартом кабели делятся на 9 категорий (типов) - Type 1… Type 9. Из всех перечисленных типов наиболее часто используются кабели двух типов (Type1 и Type 2):

Кабели типа 1 (Type 1) состоят из 2-х витых пар с экранирующей оплеткой, которые по параметрам близки к UTP Cat. 5, однако волновое сопротивление составляет 150 Ом. Кабели данного типа могут быть использованы в сетях ToeRing, Fast Ethernet и 100VG-AnyLAN (при использовании специальных сетевых адаптеров, рассчитанных на работу с STP);

Кабели типа 2 (Type 2) состоят из двух экранированных витых пар и двух неэкранированных витых пар, т.е. являются четырехпарными кабелями, при этом 2-е неэкранированные пары используются для передачи речевой информации в случае такой необходимости. Для подсоединения кабелей STP к сетевому оборудованию используют специальные разъемы конструкции IBM.

Оптические (или волоконно-оптические) кабели (Optical Fiber, OF) состоят из центрального проводника света (сердцевины), окруженного оболочкой - слоем стекла, оптически более плотного чем сердцевина. Распространяющиеся по сердцевине световые лучи не выходят за ее пределы, отражаясь от оболочки. В зависимости от распределения показателя преломления по толщине кабеля и толщине центрального проводника различают:

многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления;

многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления;

одномодовое волокно.

В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF) используется центральный проводник очень малого диаметра (5…15 мкм), соизмеримого с длиной волны света. При этом практически все лучи распространяются вдоль оси кабеля, не отражаясь от оболочки. Полоса пропускания одномодового кабеля составляет до сотен гигагерц (ГГц). Изготовление таких качественных волокон для одномодового кабеля технологически сложно, по этому одномодовые кабели очень дороги. Кроме того, в волокно такого малого диаметра очень сложно направлять пучок света, не потеряв при этом значительную часть его энергии. В качестве источников света для одномодового кабеля используют лазерные диоды с длиной волны 1300 нм (1,3 мкм) и 1550 нм (1,55 мкм). Быстродействие современных лазеров позволяет модулировать свет с частотой до 10 ГГц и выше.

В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber, MMF) используются более широкие внутренние проводники (40…100 мкм) по сравнения с одномодовыми, что существенно их удешевляет. В многомодовом кабеле одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от оболочки под разными углами (в кабелях плавным изменением показателя преломления режим распространения каждой моды имеет сложный характер). Из-за потерь световой энергии вследствие многократного отражения от оболочки и интерференции лучей разных мод полоса пропускания многомодового кабеля существенно ниже, чем у одномодового. Согласно стандарта EIA/TIA-568A определяет два типоразмера многомодового кабеля: 62,5/125 мкм и 50/125 мкм, где 50 или 62,5 мкм - диаметр внутреннего проводника; 125 мкм - диаметр оболочки [23].

В качестве источников света в многомодовых кабелях используют светодиоды с длиной волны 850 и 1300 нм, а также лазерные диоды на 1300 нм, которые из-за высокой стоимости применяются реже. Лазерные излучатели создают когерентный поток света, из-за чего потери в кабеле существенно ниже, чем при использовании некогерентного света светодиодов. Светодиоды с длиной волны 850 нм существенно дешевле и чаще используются, однако полоса при этом более чем в 2 раза ниже, чем при использовании светодиодов на 1300 нм, не говоря о лазерных диодах.

Использование только нескольких длин волн при передаче данных по волоконно-оптическим кабелям объясняется тем, что именно на этих длинах волны наблюдаются ярко выраженные максимумы амплитудной характеристики кабеля (затухание света на этих длинах волны существенно ниже).

Волоконно-оптические кабели обладают отличными электромагнитными и механическими характеристиками, однако их монтаж (особенно соединение) очень сложен и трудоемок; требует применения дорогостоящего оборудования и высококвалифицированного персонала, поэтому стоимость прокладки волоконно-оптических каналов пока еще достаточно высока (стоимость выполнения порядка 40 $, а присоединения разъема - 20$).

Присоединение волоконно-оптических кабелей к оборудованию осуществляется разъемами типа: MIC-, SC- и ST-коннектор.

Беспроводные (некабельные) линии подразделяются на радиолинии и оптические (лазерные) линии.

Радиолинии, используемые в информационно-вычислительных сетях, подразделяются на три поддиапазона: очень высоких частот (λОВЧ =1…10М, νОВЧ=30…300 мГц); ультра высоких частот (λУВЧ=0,1 М, νУВЧ= =300…3000мГц); сверх высоких частот (λСВЧ=0,01…0,1М, νСВЧ=3…30ГГц).

В сетях, построенных на основе технологии Ethernet широкое применение находит поддиапазон УВЧ радиодиапазона, который позволяет организовывать относительно недорогие высокоскоростные линии передач данных. Основным недостатком радиолиний УВЧ диапазона является небольшая их протяженность - расстояние прямой видимости между узлами сети, однако несмотря на это длина сегмента в шесть и более раз превышает максимальную длину (2 км) сегмента кабельных волоконно-оптических линий. Лазерные линии связи (из-за их низкой защищенности) в современных информационных системах не находят широкого применения.