Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные виды кабелей

Витая пара. Строение, характеристики, назначение и применение, оборудование для подключения.

Любая инженерная коммуникация, в том числе и компьютерная сеть, состоит из различных компонентов. Кабель локальной сети - один из основных компонентов, от которого напрямую зависит скорость прохождения сигнала, его сохранность от помех, затуханий (уменьшение величины сигнала при его перемещении по кабелю), потерь пакетов данных. Существуют различные типы кабелей, которые удовлетворяют потребностям всевозможных сетей.

В большинстве сетей применяются три основные группы кабелей:

o коаксиальный кабель (coaxial cable);

o витая пара (twisted pair):

­ неэкранированная (unshielded);

­ экранированная (shielded);

o оптоволоконный кабель (fiber optic) [2].

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель (от лат. co - совместно и axis - ось, то есть "соосный"), также известный как коаксиал - электрический кабель, состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана. Обычно служит для передачи высокочастотных сигналов. Изобретён и запатентован в 1880 году британским физиком Оливером Хевисайдом.

Благодаря совпадению осей обоих проводников у идеального коаксиального кабеля оба компонента электромагнитного поля полностью сосредоточены в пространстве между проводниками (в диэлектрической изоляции) и не выходят за пределы кабеля, что исключает потери электромагнитной энергии на излучение и защищает кабель от внешних электромагнитных наводок. В реальных кабелях ограниченные выход излучения наружу и чувствительность к наводкам обусловлены отклонениями геометрии от идеальности.

Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы, изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки. Если кабель, кроме металлической оплетки, имеет и слой фольги, он называется кабелем с двойной экранизацией. При наличии сильных помех можно воспользоваться кабелем с учетверенной экранизацией. Он состоит из двойного слоя фольги и двойного слоя металлической оплетки.

Металлическая оплетка защищает передаваемые по кабелю данные, поглощая внешние электромагнитные сигналы, называемые помехами или шумом. Таким образом, экран не позволяет помехам исказить данные. Поэтому коаксиальный кабель можно использовать при передаче на большие расстояния и в тех случаях, когда высокоскоростная передача данных осуществляется на несложном оборудовании.

Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Жила - это один провод (сплошная) или пучок проводов. Сплошная жила изготавливается, как правило, из меди.

Жила окружена изоляционным слоем, который отделяет ее от металлической оплетки. Оплетка играет роль заземления и защищает жилу от электрических шумов и перекрестных помех (электрических наводок, вызванных сигналами в соседних проводах).

Проводящая жила и металлическая оплетка не должны соприкасаться, иначе произойдет короткое замыкание, помехи проникнут в жилу, и данные разрушатся. Снаружи кабель покрыт непроводящим слоем - из резины, тефлона или пластика.

Коаксиальный кабель для локальной сети различается по двум стандартам передачи пакетных данных:

o 10BASE-5 (категорий RG-11 и RG-8);

o 10BASE-2 (категорий RG-58/U, 58A/U).

Стандарт 10BASE-5 реализуется с применением толстого коаксиального кабеля, имеющего общее сечение равное 12мм, и толстую цельную проводниковую жилу (11-я категория имеет сопротивление 75 Ом, 8-я - 50). Передача данных кабелями данного стандарта составляет 10 Мбит/сек на расстояние до 500 м.

Стандарт 10BASE-2 реализуется с применением тонкого коаксиального кабеля диаметром до 6 мм, с сопротивлением в 50 Ом. Его категория RG-58/U имеет монолитный (цельный) медный центральный проводник, 58A/U представлен с многожильным центральным проводником. Длина передачи данных кабелей этих категорий составляет в пределах 185 м при максимальной скорости передачи данных до 10 Мбит/сек.

Выбор того или иного типа кабеля зависит от потребностей конкретной сети. кабель электрический оплетка

Коаксиальный кабель более помехоустойчив, затухание сигнала в нем меньше, чем в витой паре.

Витая пара

Витая пара (англ. twisted pair) - вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой.

Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары (электромагнитные помехи одинаково влияют на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Витая пара - один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве физической среды передачи сигнала во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей доступности и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для построения проводных (кабельных) локальных сетей.

Существует два типа тонкого кабеля: неэкранированная (unshielded) витая пара (UTP) и экранированная (shielded) витая пара (STP).

Неэкранированная витая пара (спецификация lOBaseT) состоит из двух изолированных медных проводов. Она широко используется в ЛВС, максимальная длина сегмента составляет 100 м (328 футов).

Существует несколько спецификаций, которые регулируют количество витков на единицу длины - в зависимости от назначения кабеля. Неэкранированная витая пара определена в особом стандарте. Эти стандарты включают пять категорий UTP:

· Категория 1 - Традиционный телефонный кабель, по которому можно передавать только речь, но не данные. Большинство телефонных кабелей, произведенных до 1983 года, относится к категории 1.

· Категория 2 - Кабель, способный передавать данные со скоростью до 4 Мбит/с. Состоит из четырех витых пар.

· Категория 3 - Кабель, способный передавать данные со скоростью до 10 Мбит/с. Состоит из четырех витых пар с девятью витками на метр.

· Категория 4 - Кабель, способный передавать данные со скоростью до 16 Мбит/с. Состоит из четырех витых пар.

· Категория 5 - Кабель, способный передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с. Состоит из четырех витых пар медного провода [1].

Одной из потенциальных проблем для всех типов кабелей являются перекрестные помехи - электрические наводки, вызванные сигналами в смежных проводах. Неэкранированная витая пара особенно страдает от перекрестных помех. Для уменьшения их влияния используют экран.

Экранированная витая пара

Кабель экранированной витой пары (STP) имеет медную оплетку, которая обеспечивает большую защиту, чем неэкранированная витая пара. Кроме того, пары проводов STP обмотаны фольгой. В результате экранированная витая пара обладает прекрасной изоляцией, защищающей передаваемые данные от внешних помех. Все это означает, что STP, по сравнению с UTP, меньше подвержена воздействию электрических помех и может передавать сигналы с более высокой скоростью и на большие расстояния.

По способу экранирования - наличия защиты от электромагнитных наводок, определяют разновидности данной технологии:

· UTP (U/UTP) - витая пара неэкранированная (без защиты).

· FTP (F/UTP) - витая пара фольгированная - имеет одну общую оболочку из фольги.

· STP (S/UTP) - витая пара экранированная - один общий экран в виде металлической оплетки.

· S/FTP (SF/UTP) - фольгированный кабель с добавочным экраном из оплетки.

· U/FTP - кабель с индивидуальным экранированием каждой скрутки оболочкой из фольги.

· S/FTP - отдельное экранирование каждой скрутки плюс металлическая оплетка.

· F/FTP - отдельное экранирование каждой скрутки плюс общий для всех жил экран из фольги

· SF/FTP - отдельное экранирование каждой скрутки плюс общий экран из оплетки и фольги.

Экранирование обеспечивает лучшую защиту от электромагнитных наводок как внешних, так и внутренних и т. д. Экран по всей длине соединён с неизолированным дренажным проводом, который объединяет экран в случае разделения на секции при излишнем изгибе или растяжении кабеля.

В зависимости от структуры проводников - кабель применяется одно- и многожильный. В первом случае каждый провод состоит из одной медной жилы толщиной 0,3-0,6 мм или 20-26 AWG. и называется жила-монолит, а во втором - из нескольких и называется жила-пучок.

Одножильный кабель не предполагает прямых контактов с подключаемой периферией. То есть, как правило, его применяют для прокладки в коробах, стенах. Связано это с тем, что медные жилы довольно толсты и при частых изгибах быстро ломаются. Однако для "врезания" в разъёмы панелей розеток такие жилы подходят как нельзя лучше.

В свою очередь многожильный кабель плохо переносит "врезание" в разъёмы панелей розеток (тонкие жилы разрезаются), но замечательно ведет себя при изгибах и скручивании. Кроме того, многожильный провод обладает бомльшим затуханием сигнала поэтому его максимальная длина не должна превышать 100 м и его используют в основном для изготовления патч-кордов (англ. patchcord), соединяющих периферию с розетками.

Патч-корд - это отрезок многожильного 4-парного кабеля длиной 1-10 м с разъёмом типа 8P8C (называемый RJ-45) на концах. Для обеспечения устойчивости к постоянным изгибам, проводник у них выполнен не из одной, а из семи более тонких медных проволок толщиной около 0,2 мм каждая. Из-за большего, в сравнении с обычным, затухания использовать кабель для шнуров оправдано только на небольшие расстояния, как правило, не более 5 метров с каждой стороны линии.

По цветам оболочки и области применения витая пара бывает:

· Черный - для монтажа вне помещений (снаружи такой шнур покрыт слоем полиэтилена для устойчивости к коррозии);

· Серый - для монтажа в помещениях;

· Оранжевый с маркировкой "LSZH" - негорючий шнур для монтажа в пожароопасных зонах.

По форме поперечного среза:

· Круглый - универсальный;

· Плоский - для монтажа под обоями или ковролином, такие шнуры более подвержены помехам, чем круглые

Построить развитую кабельную систему и в то же время упростить работу с ней помогает ряд компонентов:

Распределительные стойки и полки.

Распределительные стойки и полки предназначены для монтажа кабеля. Они позволяют централизованно организовать множество соединений и при этом занимают достаточно мало места.

Коммутационные панели.

Существуют разные типы панелей расширения. Они поддерживают до 96 портов и скорость передачи до 100 Мбит/с.

Коннекторы(соединители).

Одинарные или двойные разъёмы 8P8C подключаются к панелям расширения или настенным розеткам. Они обеспечивают скорость передачи до 100 Мбит/с.

Розетки. К настенным розеткам можно подключить два (и более) соединителя

Оптоволоконный кабель

Оптическое волокно - нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.

Кабели на базе оптических волокон используются в волоконно-оптической связи, позволяющей передавать информацию на большие расстояния с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи. В ряде случаев они также используются при создании датчиков.

В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это относительно надежный (защищенный) способ передачи, поскольку электрические сигналы при этом не передаются. Следовательно, оптоволоконный кабель нельзя вскрыть и перехватить данные, от чего не застрахован любой кабель, проводящий электрические сигналы.

Оптоволоконные линии предназначены для перемещения больших объемов данных на очень высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается.

Оптическое волокно - чрезвычайно тонкий стеклянный цилиндр, называемый жилой, покрытый слоем стекла, называемого оболочкой, с иным, чем у жилы, коэффициентом преломления. Иногда оптоволокно производят из пластика. Пластик проще в использовании, но он передает световые импульсы на меньшие расстояния по сравнению со стеклянным оптоволокном.

Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами. Одно из них служит для передачи, а другое -- для приема. Жесткость волокон увеличена покрытием из пластика, а прочность - волокнами из кевлара. На рисунке представлен пример кевларового покрытия. Кевларовые волокна располагаются между двумя кабелями, заключенными в пластик.

Передача по оптоволоконному кабелю не подвержена электрическим помехам и ведется на чрезвычайно высокой скорости (в настоящее время до 100 Мбис/с, теоретически возможная скорость - 200 000 Мбит/с). По оптоволоконному кабелю можно передавать световой импульс на многие километры.

Протоколы. Стандартные протоколы. Связь протоколов и модели OSI. Стек протоколов.

Взаимодействие узлов в сети и обеспечение передачи информации между ними является сложной задачей. Поэтому, как и любую сложную задачу, ее удобней решать по частям, разбив на несколько отдельных задач. Весь процесс сетевого взаимодействия был разбит на несколько уровней. На каждом уровне решается свой круг задач. При этом на каждом из уровней задачу можно решать не зависимо от других уровней, но при этом надо обеспечить согласованную передачу информации между уровнями.

В процессе сетевого взаимодействия участвуют как минимум два узла на каждом из которых должны быть установлены аппаратные и программные сетевые компоненты реализующие все необходимые уровни (т.е. решаться все необходимые для обеспечения связи подзадачи).

Протокол - формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются компоненты одного уровня, но расположенные на разных узлах [3].

Интерфейс - формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются компоненты разных уровней, расположенные на одном узле.

Рис. 8. Схема взаимодействия двух узлов

Сетевые компоненты (аппаратные и программные), реализующие функциональность какого-либо уровня, должны обрабатывать протокол своего уровня и интерфейсы с соседними уровнями.

Стек протоколов - набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети.

Модель OSI

В целях стандартизации протоколов сетевого взаимодействия в начале 80-х годов ХХ века международные организации ISO, ITU-T и другие разработали модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI). Эта модель определяет уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и определяет задачи, которые должны решаться на каждом уровне.

Рис. 9. Модель OSI

Уровни модели OSI.

Физический уровень (Physical layer) решает задачи передачи бит по физическим каналам связи. Он определяет механические и электрические параметры среды передачи, интерфейсных плат, соединителей, а также способы помещения информации в среду передачи и извлечения ее оттуда. Спецификации физического уровня определяют тип разъема и назначение ножек, уровни сигналов, скорость передачи и т.д. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом. Примерами протоколов физического уровня могут служить спецификации 10Base-T, 1000Base-FX, RS232 и т.п.

Канальный уровень (Data link layer) обеспечивает формирование последовательности кадров (фреймов) из битов, получаемых от физического уровня. На физическом уровне решаются две важные задачи, поэтому он разбит на два подуровня:

LLC (Logical Link Control) - подуровень контроля связи: решает задачу гарантированной доставки кадров в пределах локальной сети. Для ее решения используются специальные механизмы обнаружения и коррекции ошибок.

MAC (Media Access Control) - подуровень контроля доступа к среде передачи: решает задачу разграничения доступа узлов сети к общей среде передачи данных.

Как и большинство других уровней, канальный добавляет заголовок к передаваемой информации. В заголовке обычно содержится адрес (физический) приемника, адрес источника и, возможно, другая информация. Функции канального уровня реализуются в сетевых адаптерах и их драйверах. Примерами протоколов сетевого уровня являются Ethernet, Tocken Ring, FDDI.

Сетевой уровень (Network layer) служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различной топологией и внутренней организацией. Протоколы канального уровня обеспечивают обмен информацией только в сетях с типовой топологией. Для того, чтобы иметь возможность строить сети с произвольной топологией, допускающей избыточные связи, разработаны протоколы сетевого уровня. Основная задача, решаемая на сетевом уровне - маршрутизация, т.е. обеспечение передачи информации из одной сети в другую транзитом через несколько связанных друг с другом сетей. Единица передаваемой информации на этом уровне - пакет, который имеет специальный заголовок, содержащий служебную информацию. Задачи сетевого уровня решаются маршрутизаторами. Кроме решения этой задачи они еще обеспечивают связь между собой сетей с различными технологиями передачи данных. Примерами протоколов сетевого уровня являются IP, IPX.

Транспортный уровень (Transport layer) обеспечивает надежную передачу информации в больших сетях. Он отвечает за гарантированную доставку данных, компенсируя ошибки, которые могли возникнуть при работе нижележащих уровней. "Гарантированная доставка" не означает, что данные попадут к адресату в любом случае: оборванный кабель, сгоревшая сетевая плата - все это "гарантирует недоставку". Однако надежные реализации протоколов транспортного уровня обеспечивают подтверждение успеха или неуспеха доставки, информируя вышележащие уровни, которые передают сообщение программному приложению, потребовавшему обслуживания. Гарантированная доставка осуществляется при помощи различных механизмов, в числе которых установление и разрыв соединения, подтверждение, контроль скорости потока.

Транспортный уровень предоставляет прикладному и сеансовому уровням пять классов сервиса, которые отличаются качеством предоставляемых услуг. Выбор класса сервиса транспортного уровня зависит от необходимой степени надежности и качества работы протоколов нижележащего уровня: если качество каналов передачи данных высокое, то может использоваться облегченный сервис (с меньшим количеством передаваемой служебной информации), если же надежность передачи данных по каналам связи низка, то это компенсируется средствами транспортного уровня. Протоколы транспортного и вышележащих уровней реализуются программным обеспечением на конечных узлах. Примеры протоколов транспортного уровня: TCP, UDP, SPX.

Сеансовый уровень (Session layer) отвечает за вызовы удаленных процедур (Remote Procedure Calls, RPC). Это специальный интерфейс, поддерживаемый соответствующими протоколами, когда вызов программной процедуры производится на одном компьютере, а выполнение - на другом, затем результат возвращается вызвавшей программе так, словно процедура была выполнена локально. Сеансовый уровень также контролирует установление, течение и завершение сеанса связи между взаимодействующими программами, о чем и говорит его название. В процессе ведения диалога в него вставляются контрольные точки, чтобы в случае отказа можно было вернуться к последней контрольной точке, а не начинать все с начала. В виде отдельного протокола этот уровень реализуется очень редко. Его функции часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.

Представительский уровень (Presentation layer) занимается преобразованиями формата, упаковкой, распаковкой, шифрованием и дешифрованием. Здесь осуществляется преобразование лишь формата, а не логической структуры данных. То есть этот уровень представляет данные в том виде и формате, какой необходим для последнего из вышележащих уровней. Примером протокола этого уровня является протокол SSL (Secure Socket Layer), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.

Прикладной уровень (Application layer) отвечает за интерфейс с пользователем и взаимодействие прикладных программ, выполняемых на взаимодействующих компьютерах. Предоставляемые услуги - электронная почта, идентификация пользователей, передача файлов и т.п. Примерами прикладных протоколов могут служить HTTP, FTP, SMTP и т.п.

Следует заметить, что модель OSI определяет уровни и задачи сетевого взаимодействия, но не дает решений этих задач. Конкретные решения создаются в виде протоколов и реализующих их аппаратных и программных средств. Ни один из существующих стеков протоколов полностью не соответствует этой модели. Однако все равно она остается эталоном для сравнения и согласования различных протоколов, аппаратных и программных средств.

Список использованной литературы

1. Малышев Р.А. Локальные вычислительные сети: учебное пособие/РГАТА. - Рыбинск, 2005;

2. Маслова М.В. Компьютерные сети. Мурманск: 2004;

3. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы - СПб.: Питер, 2002.

Размещено на Allbest.ru