Середовища передачі інформації

Размещено на http://www.allbest.ru/

Середовища передачі інформації

1. Загальні поняття

Середовищем передачі інформації називаються ті лінії зв`язку (або канали зв`язку), по яким відбувається обмін інформацією між комп`ютерами. Переважна більшість комп`ютерних мереж (особливо локальних) використовує провідні або кабельні канали передачі зв`язку, хоча і існують і без провідні мережі.

Інформація в локальних мережах частіше всього передається в послідовному коді, тобто біт за бітом. Зрозуміло, що така передача повільніша та складніша, ніж використання паралельного коду.

Промисловістю випускається велика кількість типів кабелю, наприклад, крупна кабельна фірма Belden пропонує більше 2000 найменувань. Всі кабелі, що випускаються, можливо розділити на три великі групи:

· Кабелі на основі витих пар проводів (twisted pair), які діляться на екрановані (shielded twisted pair, STP) та неекрановані (unshielded twisted pair, UTP);

· Коаксіальні кабелі (coaxial cable);

· Оптоволоконні кабелі (fiber optic).

Кожний тип кабелю має свої переваги та недоліки, тому вибір типу кабелю необхідно враховувати як особливості задачі, що вирішується, так і особливості конкретної мережі, в тому числі і топологію, що використовується. На сьогоднішній день діє стандарт на кабелі EIA/TIA 568 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard), що прийнятий в 1995 році, що замінив всі діючи раніше фірменні стандарти.

2. Кабелі на основі витої пари (Twisted Pair)

Кабель на основі витої пари представляє собою декілька пар скручених ізольованих мідних проводів в єдиній діелектричній (пластиковій) оболонці. Від досить гнучкий та зручний для прокладання. В кабель як правило входить дві виті пари або чотири виті пари. Кожна пара проводів звита на зразок спіралі, що забезпечує достатню постійність і передбачуваність електричних характеристик каналу.

Вита пара проводів використовується в стандартних телефонних з'єднаннях і при підключенні телексних терміналів. Виті пари в телефонних з'єднаннях використовуються, головним чином, для аналогових сигналів, але можуть з успіхом застосовуватися і при передачі цифрової інформації, особливо в кільцевих мережах, де затухання сигналу у витої пари і розузгодження можна компенсувати, розміщуючи повторювачі сигналів частіше. Оскільки важко гарантувати однакову довжину проводів витої пари при їх великій довжині, може виникнути значна відмінність у часі розповсюдження сигналу. У локальних мережах виті пари використовуються, як правило, в режимі передачі немодульованих сигналів, причому дві або більше пар відводяться для передачі сигналів оповіщення про майбутню передачу даних. Різна довжина проводів приводить до того, що сигнали, що приймаються, відрізняються фазою, і повторювачам не вдається точно зчитати інформацію. З цієї причини повторювачі кільцевої мережі з витими парами розміщуються поблизу один від одного.

Ширина смуги пропускання витої пари досить велика, особливо якщо врахувати ту обставину, що виті пари були створені для аналогового телефонного трафіка. Швидкість даних по витій парі може досягати 100 Мбіт/с, але частіше використовується швидкість обміну 10 Мбіт/с.

Хоч такий кабель звичайно взятий в оболонку, він схильний до впливу електромагнітних наведень. З цієї причини виті пари вважаються невідповідними для застосування на промислових підприємствах. Однак для більшості умов вони цілком достатні. Виті пари застосовуються головним чином в кільцевих мережах і в тих місцях, де розташовуються повторювачі і, де можуть стикуватися два різних типи кабелю. У кільцевих мережах є можливість вставляти в критичному місці секцію кабелю такого типу, який не чутливий до наведень. Таким чином, в кільцевих мережах можна застосовувати виті пари на більшій частині довжини, а коаксіальний кабель або навіть волоконно-оптичний кабель - в деяких ділянках кільця.

Екрановані виті пари характеризуються слабкою захищеністю від зовнішніх електромагнітних перешкод, а також слабкою захищеністю від підслуховування з метою, наприклад, промислового шпигунства. Перехоплення інформації, що передається, можливо як за допомогою контактного методу, так і за допомогою безконтактного методу, що зводиться до радіоперехоплення випромінюваних кабелем електромагнітних полів. Для усунення цих недоліків використовують екранування.

У випадку екранованої витої пари STP кожна з витих пар поміщається в металеву обплітку-екран для зменшення випромінювання кабелю, захисту від зовнішніх електромагнітних завад та зниження взаємного впливу пар проводів один на одного (crosstalk - перехресні наведення). Зрозуміло, що екранована вита пара значно дорожче, ніж неекранована, а при її використанні необхідно використовувати й спеціальні екрановані роз`єми, тому зустрічається значно рідко, ніж неекранована вита пара.

Основні переваги неекранованої витої пари - простота монтажу роз'ємів на кінцях кабелю, а також простота ремонту будь-яких пошкоджень по відношенню до інших типів кабелю. Всі інші характеристики неекранованої витої пари гірші, ніж у інших кабелів. Наприклад, при заданій швидкості передачі затухання сигналу (зменшення його рівня по мірі проходження по кабелю) у них більше, ніж у коаксіального кабелю. В наш час вита пара використовується для передачі інформації на швидкостях 100 Мбіт/с та ведуться роботи по збільшенню швидкості передачі до 1000 Мбіт/с.

Згідно стандарту EIA/TIA 568, існує п'ять категорій кабелю на основі неекранованої витої пари (UTP):

§ кабель категорії 1 - це звичайний телефонний кабель (пара проводів які не виті), по якому можливо передавати тільки мову, але не дані. Даний тип кабелю має великий розкид параметрів (хвильовий опір, смуга пропускання частот, перехресні наведення).

§ кабель категорії 2 - це кабель з витих пар для передачі даних в смузі частот до 1 МГц. Кабель не тестується на рівень перехресних наведень. В наш час він використовується дуже рідко. Стандарт EUA/TIA 568 не розрізнює кабелі категорії 1 і 2.

§ кабель категорії 3 - це кабель для передачі даних в смузі частот до 16 МГц, що складається з витих пар з дев'яти витків проводів на метр довжини. Кабель тестується на всі параметри і має хвильовий опір 100 Ом. Це самий простий тип кабелів, що рекомендований стандартом для локальної мережі. Зараз він має найбільше розповсюдження.

§ кабель категорії 4 - це кабель, що передає дані в смузі частот до 20 МГц. Використовується рідко, так як не зовсім сильно відрізняється від категорії 3. Стандартом рекомендується замість кабелю категорії 3 переходити відразу до кабелю категорії 5. Кабель категорії 4 тестується на всі параметри і має хвильовий опір 100 Ом. Кабель був розроблений для роботи в мережі по стандарту IEEE 802.5.

§ кабель категорії 5 - найкращий кабель на сьогоднішній день, що розрахований на передачу даних в смузі частот до 100 МГц. Складається з витих пар, які мають не менше 27 витків на метр довжини (8 витків на фут). Кабель тестується на всі параметри і має хвильовий опір 100 Ом. Рекомендується використовувати його у сучасних високошвидкісних мережах типу Fast Ethernet та TPFDDI. Кабель категорії 5 приблизно на 30-40% дорожче, ніж кабель категорії 3.

§ кабель категорії 6 - перспективний тип кабелю для передачі даних в смузі частот до 200 МГц.

§ кабель категорії 7 - перспективний тип кабелю для передачі даних в смузі частот до 600 МГц.

Кабель на основі витої пари характеризується наступними параметрами: хвильовий опір (як правило складає 100 Ом 15% в частотному діапазоні від частоти 1 МГц до максимальної частоти кабелю), максимальне затухання сигналу, специфічний параметр як величина перехресного наведення - вплив різних наведень в кабелі один на одного, величина затримки на метр довжини (а іноді - швидкість розповсюдження сигналу відносно швидкості розповсюдження світла - NVP).

інформація кабель коаксіальний оптичний

3. Коаксіальні кабелі

Коаксіальний кабель складається із центрального провідника, оточеного шаром ізольованого матеріалу, який відділяє центральний провідник від зовнішнього провідного екрана, покритого, в свою чергу, шаром ізоляції. Екран може являти собою як суцільний металевий циліндр, так і один або більше шарів плетеного дроту.

Є багато різновидів коаксіального кабелю, що відрізняються своїми характеристиками. Одні кабелі краще передають високі частоти, інші відрізняються меншим затуханням, стійкістю до наведень і т.п. Кабель самої високої якості дуже жорсткий, і його важко монтувати, але низькочастотні коаксіальні кабелі можуть виявитися малопридатними у разі великих відстаней і високих швидкостей передачі. Ще одним параметром коаксіального кабелю є його характеристичний опір, що залежить від частоти. У більшості випадків такий кабель в робочому діапазоні частот має опір 50 або 75 Ом.

Електричні характеристики коаксіального кабелю роблять його непридатним для багатьох цілей. Однак він дуже зручний для передачі високочастотних сигналів при збереженні відносної стійкості до електричних наведень. Він зручний для передачі модульованих і немодульованих сигналів. У мережах кабельного телебачення використовується коаксіальний кабель, смуга пропускання якого більше 300 МГц. За його допомогою можна передавати сигнали на великі відстані.

Коаксіальний кабель до сьогоднішнього часу був розповсюджений найбільш широко, що пов'язано із високою завадозахищеністю, а також високими, порівняно з витими парами, допустимими швидкостями передачі даних (до 500 Мбіт/с) та великими допустимими відстанями передачі (до кілометра і більше). До цього кабелю складніше механічно підключитися для несанкціонованого доступу, він також дає менші електромагнітні випромінювання. Однак монтаж і ремонт коаксіального кабелю суттєво складніше, ніж виту пару, а вартість його вища (він дорожче приблизно в 1,5-3 рази порівняно до кабелю на основі витої пари).

У режимі передачі не модульованих сигналів коаксіальний кабель дозволяє передавати інформацію зі швидкістю 10 Мбіт/с. Обмеження на швидкодію накладаються методами доступу, що застосовуються, а також довжиною кабелю і приєднаними до нього передаючими і приймаючими пристроями, але не самим кабелем.

Коаксіальний кабель легко піддається розрізанню на шматки і прокладенню спеціальними урізками, причому це не впливає на його електричні характеристики, однак для коаксіального кабелю складніший монтаж роз'ємів на кінцях кабелю. Отже, хоч коаксіальний кабель і дорожче витої пари, кращі електричні властивості і простота монтажу дозволяють використати його як передаюче середовище більшості локальних мереж.

Основне використання коаксіального кабелю знаходить в мережах з топологією типу “шина”. При цьому на кінцях кабелю обов'язково повинні бути встановлені термінатори для попередження внутрішнього відбиття сигналу, причому один (і тільки один!) з термінаторів повинен бути заземлений. Термінатори повинні бути обов'язково узгоджені з кабелем, тобто їх опір повинен бути рівний хвильовому опору кабелю. Хвильовий опір кабелю вказується в супроводжувальній документації. Частіше всього в локальних мережах використовуються 50-омні (наприклад, RG-58, RG-11) та 93-омні кабелі (наприклад, RG-62). 75-омні кабелі, що розповсюджені в телевізійній техніці, в локальних мережах не використовуються. Взагалі, марок коаксіального кабелю значно менше, ніж кабелів на основі витих пар. Він не вважається перспективним, навіть в мережі Fast Ethernet не передбачено використання коаксіального кабелю.

Існує два основних типи коаксіального кабелю:

тонкий (thin) кабель, що має діаметр біля 0,5 см, більш гнучкий;

товстий (thick) кабель, що має діаметр біля 1 см, значно жорсткий. Він представляє собою класичний варіант коаксіального кабелю, який вже майже повністю витіснений більш сучасним тонким кабелем.

Тонкий кабель використовується для передачі на менші відстані, ніж товстий, так як в ньому сигнал затухає сильніше. Товстий кабель приблизно в двічі дорожче, ніж тонкий. Тому тонкий кабель використовується частіше.

На сьогоднішній день вважається, що коаксіальний кабель застарів, в більшості випадків його можливо замінити витою парою або оптоволоконним кабелем. Нові стандарти на кабельні системи вже не включають його в перелік типів кабелю.

4. Оптоволоконні кабелі

Оптоволоконний (або волоконно-оптичний) кабель - це принципово інший тип кабелю по відношенню до попередніх кабелів. По волоконно-оптичних кабелях передаються не електричні сигнали, а світло або інфрачервоне випромінювання. Кабель складається зі світлопровідного наповнювача на кремнієвій основі, укладеного в матеріал з низьким коефіцієнтом заломлення. Завдяки цьому світлові промені відбиваються всередині кабелю, і втрати світлової енергії при передачі скорочуються до мінімуму.

Світловолокно - тонка нитка з надчистого кварцового скла. Принцип - повне відображення світлового променя на кордоні двох середовищ. Випромінювачі - світлодіоди і напівпровідникові лазери. Приймачі - фотоприймачі на основі напівпровідникового фотодіода.

Принцип передачі світла через скло був відомий давно, але лише в останні 10...15 років поява гнучких кабелів із прозорого скловолокна великої довжини дозволило, нарешті, отримати ширину смуги пропускання і величину затухання, достатні для передачі даних. При всьому різноманітті можна підібрати кабель, що здатний передавати інформацію зі швидкістю 50 Мбіт/с (2-4 Гб/с) на відстань в декілька кілометрів без застосування повторювачів.

Інформація, яку припускаємо передавати по волоконно-оптичному кабелю, перетворюється за допомогою світлодіодів або імпульсних лазерів в світлові імпульси, які прямують по кабелю. На протилежному кінці даного відрізка кабелю фотодіодний детектор сприймає світлові імпульси і перетворює їх в послідовність електричних імпульсів. Перш ніж знову зазнати зворотного перетворення в світлове випромінювання, що передається в наступну секцію кабелю, імпульси посилюються, формуються і подаються на вхід під'єднаного пристрою. Теоретично можлива смуга пропускання такого кабелю досягає величини 1012 Гц.

Волоконно-оптичні кабелі дорожче звичайних електричних кабелів і менш зручні при монтажі - це недолік. Повторювачі сигналів представляють собою складні пристрої, оскільки їм доводиться перетворювати світлові сигнали в електричні і зворотно, а також посилювати сигнали. Через це волоконно-оптичні кабелі не часто застосовуються в локальних мережах. Проте, вони мають величезне значення для зв'язку на великих відстанях або там, де виникають електричні наведення, оскільки ці кабелі абсолютно нечутливі до них.

Волоконно-оптичні кабелі являють собою однонаправлену передаюче середовище із джерелом світла на одному кінці і детектором на іншому. Для передачі даних в двох напрямах треба два кабелі. Ця обставина робить волоконно-оптичні кабелі ідеальним середовищем для кільцевих мереж, в яких інформація передається тільки в одному напрямі. Також використовують ці кабелі в мережах типу “зірка”.

В майбутньому цей тип кабелю, можливо, витіснить електричні кабелі всіх типів або сильно потіснить їх.

Існує два різних типів оптоволоконних кабелів:

багатомодовий, або мультимодовий, кабель, більш дешевий, але менш якісний;

одномодовий кабель, більш дорогий, але має кращі характеристики.

5. Безкабельні канали передачі даних

Крім кабельних, в комп`ютерних мережах використовуються також безкабельні канали. Їх головна перевага полягає в тому, що не вимагається ніякого прокладення проводів. До того ж комп`ютерні мережі можливо в цьому випадку легко переміщувати в межах кімнати або будівлі, так як вони ні до чого не прив`язані.

Для передачі даних можна скористатися радіоканалами, але для локальних мереж вони не є реальною альтернативою кабелям. Радіоканал може виявитися доречним, коли необхідно зв'язати дві або більше локальних мереж, особливо якщо потрібно висока швидкість передачі інформації. Швидкість передачі може досягати десятків мегабіт в секунду (тут багато чого залежить від вибраної довжини хвилі і способі кодування). Однак в локальних мережах радіоканал не отримав широкого розповсюдження через дуже високу вартість передаючих та приймальних пристроїв, низької завадостійкості, повної відсутності таємниці передаючої інформації та низької надійності зв`язку. А от для глобальних мереж радіоканал являється єдиним можливим рішенням, так як дозволяє за допомогою супутників-ретрансляторів порівняно просто забезпечити зв`язок зі світом. Використовують радіоканал і для зв`язку двох і більше локальних мереж, що знаходяться далеко один від одного, в єдину мережу.

Як передаюче середовище всередині однієї кімнати без перегородок може використовуватися інфрачервоне випромінювання. Передавач/приймач інфрачервоного випромінювання вміщується в “полі зору” терміналів або інших пристроїв, також оснащених передавачами/приймачами інфрачервоного випромінювання. Передача може відбуватися через головний повторювач, який, в свою чергу, під'єднується до кабельної мережі, розташованої в будь-якому місці будівлі. Даний метод має перевагу для відкритих закладських приміщень, які не можна перегороджувати і де кабелі можуть заподіювати незручності і навіть представляти небезпеку. Пристрої, що використовуються як передаюче середовище інфрачервоного випромінювання, малогабаритні, зручні в монтажі і мають ширину смуги пропускання, достатньої для більшості можливих застосувань. Нечутливий до електромагнітних перешкод, не займає смугу радіо-відео каналів.

Для встановлення зв'язку між будівлями, що знаходяться в межах прямої видимості, використовуються різні діапазони частот - від інфрачервоного до НВЧ.

Інфрачервоний зв`язок погано працює в умовах сильного запилення повітря.

Швидкість передачі інформації по інфрачервоному каналу не перевищує 5-10 Мбіт/с. Таємниця інформації, що передається, як і у випадку радіоканалу, не досягається.

Якщо казати про можливих топологіях, то найбільш природно всі без провідні канали зв`язку підходять для топології типу “шина”. Але в принципі при організації вузько направленої передачі інформації можливо реалізувати будь-які топології як на радіоканалі, так і на інфрачервоному каналі.

Мікрохвильовий канал - швидкість до 20 Гб/с, довжина 15-20 км по прямий видимості.

Ще один вид передачі інформації це хвилеводи. Хвилеводи - металеві труби круглого або прямокутного перетину. Механізм передачі заснований на відображенні від стінок електромагнітної хвилі.

Діаметр хвилеводу біля 5 см. Діапазон 40...100 ГГц.

Швидкості 200...500 Мб/с. Довжина 15-30 км.

Застосовується для передачі на невеликі відстані великих об'ємів інформації.

Размещено на Allbest.ur