Коаксиальный кабель скорость передачи данных – —

Содержание

Гигабиты по старым коаксиальным сетям

Датский телеком-гигант TDC проводит активную работу по модернизации старого коаксиального кабеля телевизионной сети, чтобы получить возможность доставлять в жилые дома высокоскоростной интернет. Как отмечает технический директор компании Карстен Брайдер, технологии уже сейчас позволяют поставлять кабельное телевидение со скоростью 3,6 Gbps, а спустя некоторое время реальностью станет цифра в 10 Gbps.

В TDC считают, что нашли уникальное решение по организации быстрого широкополосного доступа по всей Дании. При этом компания сможет сэкономить гигантские средства на пути к осуществлению своей цели. Как и большинство операторов фиксированной связи по всему миру, в TDC знают, что протяжка «оптики» в каждый дом — это едва ли не единственное верное решение, дабы сверхбыстрая широкополосная связь достигла каждого дома. Однако тянуть волокно в каждый дом — накладно дело.

К счастью для TDC, у оператора есть богатое наследство в виде коаксиальной сети кабельного телевидения, которая уже сейчас поставляет программные каналы для 1,4 млн. домохозяйств по всей Дании.

Карта охвата сети TDC
Карта охвата сети TDC

 

В настоящее время TDC уже существенно продвинулась в ее модернизации. При этом усовершенствование не касается непосредственно коаксиального кабеля — на входе в дома устанавливается электроника, способная разогнать широкополосный доступ до очень приличных скоростей. В планах TDC использовать собственную кабельную сеть телевидения в качестве основы общенациональной сети, которая будет поставлять широкополосный доступ на скорости 1 Gbps для большинства семей в Дании до конца 2017 года, а возможно и со скоростью 10 Gbps со временем. По прогнозам оператора, первые дома должны получить 1 Gbps с начала декабря 2016 года.

Карта охвата сети TDC

В компании отмечают, что в ближайшем будущем сеть кабельного телевидения TDC будет основным поставщиком высокоскоростного интернета пользователям оператора, в отличие от уже существующей волоконно-оптической сети, которая сможет обеспечить лишь 10% домов.

Быстрее и дешевле, чем волокно

«Коаксиальный кабель может передавать сигнал с гораздо большей скоростью, чем оптика, — отмечает Карстен Брайдер. — GPON имеет максимальную скорость 2.4 Gbps, а для коаксиального кабеля сети TDC мы используем последнюю реализацию DOCSIS».


Демонстрация DOCSIS 3.1

 

Аббревиатура DOCSIS вряд ли оставит в недоумении людей близких к телекому, но все же разъясним для полноты картины. Стандарт, который вот уже почти двадцать лет используют операторы по всему миру, предусматривает передачу данных абоненту по сети кабельного телевидения с максимальной скоростью до 42 Мбит/c (при ширине полосы пропускания 6 МГц и использовании многопозиционной амплитудной модуляции 256 QAM), и получение данных от абонента со скоростью до 10,24 Мбит/с. По задумке, он призван сменить господствовавшие ранее решения на основе фирменных протоколов передачи данных и методов модуляции, несовместимых друг с другом, и должен гарантировать совместимость аппаратуры различных производителей.

CMC DOCSIS3.1 от Huawei
CMC DOCSIS3.1 от Huawei

 

Собственно версий DOCSIS существует несколько:

  • DOCSIS 1.0
  • DOCSIS 1.1
  • DOCSIS 2.0
  • DOCSIS 3.0
  • DOCSIS 3.1

 

DOCSIS может стать настоящим «золотым ключиком» к дверям потенциальных абонентов, ведь при грамотно построенной коаксиальной сети, покрывающей значительную площадь, этот стандарт может стать настоящим стартом, который не потребует серьезных вмешательств в физику процесса.

CMC DOCSIS3.1 от Huawei
Именно такая развитая сеть коаксиального кабеля есть в наличии у TDC, которые одни из первых начали внедрять DOCSIS 3.1 на своих сетях.

 

«DOCSIS 3.0 позволяет достигать скорости в 3.6 Gbps, а  с DOCSIS 3.1 в конце этого года мы сможем предлагать нашим абонентам 10Gbps», —  говорит Брайдер. Это означает, что компания имеет сеть , поддерживающую услуги, которые в четыре раза быстрее, чем GPON.

CMC DOCSIS3.1 от Huawei
Модем для работы в стандарте DOCSIS 3.1 ASKEY–TCG310

 

К слову, еще в сентябре 2015 года немецкая компания Unitymedia также начала активную работу по подготовке своих сетей к внедрению DOCSIS 3.1, наметив коммерческое использование стандарта также на 2016 года. Опыт внедрения DOCSIS есть и у российских операторов, однако широкого распространения у нас в стране стандарт не получил.

Но вернемся все же к нашим датчанам.

Датский Ростелеком

TDC уникален в своем роде, потому как имеет обширную сеть фиксированной телефонной связи и сеть кабельного телевидения. Такое богатство досталось оператору благодаря глобальному объединению региональных телефонных компаний в национального оператора Tele Danmark в 1995, наследником которого в итоге стал TDC.

CMC DOCSIS3.1 от Huawei

Кабель был очень популярен в Дании. Причина, как и в большинстве других центров кабельного телевидения в Европе и Северной Америке в то время, в том, что потребителю хотелось больше каналов. Так, например, в свое время, сельские жители США подключали кабельное ТВ, чтобы получать услуги от крупных городов, находящихся поблизости, и иметь возможность увидеть каналы к югу от границы штатов. Датчане хотели того же самого — более широкого выбора ТВ-каналов.

CMC DOCSIS3.1 от Huawei

До 1988 года в Дании существовал лишь один телевизионный канал и, естественно, что такое положение вещей не совсем устраивало телевизионную аудиторию страны, которая начинала желать гораздо большего количества развлекательных программ, а значит больше каналов.

CMC DOCSIS3.1 от Huawei

В результате появились обширные телевизионные сети коаксиального кабеля, что позволило датчанам смотреть каналы из соседних Германии и Швеции. Эта обширная сеть теперь в ведении TDC, а значит «датский ростелеком» обладает гигантским потенциалом для организации широкополосного доступа практически по всей стране без значительных вложений в монтаж волоконно-оптических сетей.

Процесс модернизации

«Мы взаимодействуем с телевидением абонентов, а это обязывает нас быть осторожными. В конечном итоге модернизация сети приведет к существенному снижению затрат компании, несмотря на то, что у нас достаточно расходов, связанных с управлением существующие DOCSIS, поскольку сеть была построена несколько десятилетий назад и ее качество оставляет желать лучшего», — отмечает Брайдер.

CMC DOCSIS3.1 от Huawei

По его словам, модернизированная сеть будет децентрализована, в отличие от сегодняшней архитектуры сети.

«Сейчас мы имеем очень централизованную архитектуру сети, поэтому мы вынуждены будем осуществлять ее децентрализацию. Это значит, что наш клиент будет находиться ближе к сети, что позволит передавать сигнал с более высокой скоростью. К тому же новая сеть — это снижение затрат на техническое обслуживание», — считает Брайден.

Новый проект в корне меняет и маркетинговую стратегию компании. Многие устаревшие продукты уже не имеют прежней рентабельности, поэтому от них в компании планируют отказаться. Потребительские же предложения, такие как DSL, кабель, волокно или мобильная связь будут представлены под единым брендом YouSee.

CMC DOCSIS3.1 от Huawei

Стремительное развитие стандарта DOCSIS  в Дании и модернизация устаревших кабельных сетей под требования современного потребителя яркий пример того, как можно в разы улучшить качество предоставляемых услуг при этом снижая затраты на вложения и последующее техническое обслуживание сетей.

Примечательно, что датский телеком-гигант далеко не единственный европейский оператор, кинувший взор на стандарт DOCSIS 3.1. Помимо TDC свои сети к переходу на новый стандарт подготавливают такие гиганты, как Telenet и Altice.

Согласно исследованию, проведенному аналитическим агентством ABI, в Европе к 2017 году число домохозяйств, использующих технологию DOCSIS 3.1, достигнет 9 миллионов человек. Тем более что многие известные разработчики уже имеют оборудование готовое к эксплуатации.

«В конце концов, для домохозяйств и компаний, уже имеющих подключение к кабельному интернету, экономически гораздо выгоднее провести модернизацию кабельных технологий, а не переключаться на оптико-волоконные сети. И это даёт технологии DOCSIS 3.1 чёткие преимущества на рынке. Если заглядывать дальше в будущее, можно отметить, что продолжение развёртывания сверх-широкополосных сетей открывает перед кабельными операторами возможность полного перехода в сети DOCSIS к использованию технологии IPTV, отказавшись от устаревшей вещательной технологии QAM. Впрочем, ни один из крупных операторов пока официально не начал изучать такую возможность», — считает управляющий директор и вице-президент ABI Research Сэм Роузен.

nag.ru

Коаксиальный кабель – что это, устройство, где используется, плюсы и минусы, сравнение с оптическим кабелем

Коаксиальный кабель – что это, устройство, где используется, плюсы и минусы, сравнение с оптическим кабелем

Технологические системы имеют свои особенности, для них используются определенные материалы и оснащение. Коаксиальный кабель – один из видов такого оборудования. Основное его предназначение – передача сигналов высокой частоты, которые применяются для систем связи и в других сферах техники.

Коаксиальный кабель – что это?

Благодаря высокой скорости передачи сигнала и уровня помехозащищенности этот вид оборудования имеет широкое распространение. Коаксиальный кабель – это электрический кабель, состоящий из центрального проводящего элемента, экрана, оплетки, выполненной из металла. Эти части конструкции между собой разделены внутренней изоляцией. Все элементы ее расположены в единой внешней оболочке.

Коаксиальный кабель – устройство

Он состоит из нескольких частей. Что такое коаксиальный кабель и какие элементы в него входят:

  1. Внутренний (центральный) проводник. Он может быть прямолинейным, многожильным, свитым в спираль, выполненным в форме трубки. В качестве проводящего элемента используется медная жила (одна или несколько, переплетенных между собой). Последняя может быть выполнена из стали.
  2. Экран (внешний проводник). Этот элемент необходим для защиты оборудования от негативного внешнего воздействия. Представляет он собой оплетку из фольги, имеющую покрытие в виде алюминиевого слоя.
  3. Изоляция. Коаксиальный кабель в своей структуре может иметь диэлектрическое наполнение полувоздушного либо сплошного типа. Благодаря изоляции обеспечивается постоянство размещения внешнего и внутреннего проводников по отношению друг к другу.
  4. Оболочка. Она выполнена из светостабилизированного полиэтилена и стойкая к ультрафиолетовому солнечному излучению. Для изготовления оболочки может использоваться поливинилхлорид или другой материал, имеющий изолирующие свойства.
устройство кабеля

Где используется коаксиальный кабель?

Применяется это оборудование в ряде сфер:

  1. Коаксиальный кабель для телевизора. Оснащение используется для обеспечения цифрового, спутникового, эфирного телевещания.
  2. Применяется оно и для радиовещания, в радиоэлектронной технике.
  3. С его использованием обеспечивается функционирование камер видеонаблюдения.
  4. Коаксиальный электрический кабель применяется для связи компьютеров с сетью интернет проводного типа.
  5. Одна из сфер использования оборудования – коммуникативные соединения, системы связи.
  6. Каналы связи на мобильных объектах (самолеты, корабли) – еще одна область применения оснащения.
  7. Используется оборудование в армейской, бытовой, любительской технике.
где используется коаксиальный кабель

Плюсы и минусы коаксиального кабеля

Этот вид оснащения характеризуется своими преимуществами и недостатками. К плюсам оборудования относится:

  1. Применяется коаксиальный кабель для звука – передачи речи, сигналов видео, телевидения, радио.
  2. Оснащение характеризуется простотой монтажа.
  3. Его использование обеспечивает высокую скорость передачи данных.
  4. Его можно применять для создания коммуникаций на больших расстояниях.
  5. Обладает коаксиальный кабель и высоким уровнем защиты данных – к нему невозможно незаметно подключиться для их считывания.
  6. Оснащение обладает низким показателем затухания.
  7. Оборудование имеет высокие пропускные способности.
  8. Оно стабильно работает в широких областях частот.

Коаксиальный кабель телевизионный и применяемый для других сфер, обладает некоторыми недостатками:

  1. Оборудование является дорогостоящим.
  2. Оно имеет не самый высокий уровень стойкости к повреждениям.
  3. Если кабель толстый, он может быть сложным в монтаже.
  4. Полоса пропускания этого оборудования ниже, чем у оптоволоконного.

Что лучше коаксиальный или оптический кабель?

Какой вариант использовать, зависит от ряда критериев. Оптический кабель состоит из оптоволокон, способных передавать сигналы на длинные расстояния. Чтобы понять, какой из них оптимален в использовании, нужно сравнить их по некоторым параметрам:

  1. Полоса пропускания. У оптоволокна она выше до 40 Гбит/с. Коаксиальный кабель имеет показатель до 10 Гбит/с, поэтому первым обеспечивается более высокая скорость передачи данных.
  2. Установка. Оптоволоконный кабель имеет меньший вес и размер по сравнению с коаксиальным вариантом, поэтому его монтаж осуществляется проще.
  3. Расстояние передачи данных. По этому параметру выигрывает оптоволокно (до 5 км без повторителей), тогда как у коаксиального кабеля она составляет до 2,4 км. В некоторых случаях показатель последнего существенной роли не играет, например, если используется коаксиальный кабель для видеонаблюдения.
  4. Помехи. На оптоволокно они влияния не оказывают, а второй вариант их воздействию в небольшой степени поддается.
  5. Электроизоляция. Оптоволоконный кабель обладает полной гальванической развязкой концов, поэтому он неуязвим перед перепадами напряжения. Второй вариант характеризуется наличием соединения между концами, поэтому является восприимчивым к электромагнитным помехам.

Виды коаксиальных кабелей

Их классифицируют на:

  1. Тонкий коаксиальный кабель. Его диаметр составляет 0,5 см, он характеризуется гибкостью, поэтому прост в монтаже. Этот вариант не применяется для прокладки на длинные расстояния из-за повышенной способности к затуханию сигнала.
  2. тонкий коаксиальный кабель
  3. Толстый коаксиальный электрический кабель. Диаметр конструкции составляет 1 см, она отличается жесткостью. Это классический вариант оборудования, который используется в настоящее время реже, чем тонкий.
  4. толстый коаксиальный кабель

Маркировка коаксиальных кабелей

Существует стандарт, согласно которому обозначаются характеристики оборудования. Кабель коаксиальный уличный может иметь такую маркировку:

  • RG – маркировка для радиопроводящих устройств;
  • DG – символы обозначают, что это цифровой коаксиальный кабель;
  • SAT – маркировка оснащения для использования в спутниковых сетях;
  • U – буква, обозначающая высокий уровень гибкости конструкции, которую прокладывают на длинные расстояния;
  • A/U – символика, свидетельствующая о наличии у проводника множества жил, увеличивающих гибкость оснащения;
  • LSZH – маркировка, обозначающая, что при горении оборудование не выделяет дым.

Как выбрать коаксиальный кабель?

Делать это нужно с учетом таких параметров:

  1. Материал изготовления. Считается, что оптимальный вариант – медь. Жилы из меди гибкие и обеспечивают хорошие параметры передачи данных.
  2. Толщина оснащения. От нее зависит скорость затухания. Коаксиальный кабель силовой – хороший вариант для прокладки на длинные расстояния, потому что он обеспечивает невысокий уровень этого параметра. В ряде случаев используется тонкий вариант – например, при выборе телевизионного кабеля для квартиры, если его длина не будет превышать 10 м.
  3. Оплетка. Чем она толще и прочнее, тем лучше оборудование защищено от внешних повреждений и помех.
  4. Сопротивление. Его показатель указан в Ом, и чаще используется оснащение с такими его значениями как 50 и 75 Ом. Для импульсной техники применяются конструкции с сопротивлением 100 Ом. Встречаются варианты со значением 150 и 200 Ом, но они не приняты международными стандартами и практически не используются.
  5. Внешняя изоляция. Для внутренней прокладки применяются белые покрытия – например, если это коаксиальный телевизионный кабель. Для наружного использования предназначены варианты с черной внешней изоляцией, защищающей от воздействия ультрафиолетовых лучей. Стоимость вторых выше.
  6. Отметки. На некоторых конструкциях указано, что они принадлежат к классу «Премиум» или являются цифровым кабелем. Специалисты считают, что это маркетинговая уловка, и оснащение без таких пометок соответствует важным критериям, поэтому не стоит переплачивать за оснащение с ними.
  7. как выбрать коаксиальный кабель

Использование коаксиального кабеля

Оно требует выполнения ряда правил:

  1. Соблюдайте рекомендации производителя конструкции о возможных радиусах ее изгиба и расстояний между креплениями.
  2. Если прокладывается коаксиальный кабель для телефона или телевизора, не следует раскладывать его на полу – на него можно наступить, зацепить, что приведет к повреждению и ухудшению сигнала.
  3. При прокладке оборудования нужно следить за тем, чтобы оно не подвергалось механическим повреждениям, усилиям. Это может привести к разрыву жилы, из-за чего ухудшается сигнал.
  4. Не следует размещать оснащение вблизи источников электромагнитных помех, например, проводов электропитания.
  5. Не допускайте разрыва кабеля. Даже при хорошем соединении концов ухудшается качество сигнала.
  6. Переход с одного разъема на другой нужно обеспечивать посредством специальных проводников.

Инструмент для зачистки коаксиального кабеля

Для работы с кабелем используются такой инструменты:

  1. Простой. Для бытового использования разогрев жил можно осуществлять посредством паяльника, зажигалки, горячей нити нихрома с последующим снятием изоляции плоскогубцами. Удалить защитный слой можно и с помощью специального ножа.
  2. Профессиональный. Если необходимо зачистить, например, кабель коаксиальный высоковольтный, специалисты используют другие приспособления – щипцы, клещи, пассатижи, ножи, стрипперы. Большинство моделей такого инструмента адаптировано к разным диаметрам обрабатываемого оснащения.

Как соединить коаксиальный кабель?

Есть несколько способов, как это сделать:

  1. Через переходник. Нужно очистить оба конца от изоляции, завернуть в обратную сторону фольгу экрана и оплетку. Половину внутренней стороны фольги следует вывернуть. Внутреннюю изоляцию счищают по сигнальный провод на расстоянии в 1 см. Подготовленные концы накручивают на F-штекеры так, чтобы основная жила выступала из него на 5 мм. После концы с штекерами прикручиваются к F-гнезду.
  2. Обжим коаксиального кабеля. Последний нужно зачистить, подготовить жилу, как в предыдущем способе. С использованием обжимного инструмента к центральной жиле прикладывается контакт и фиксируется разъем.

Прокладка коаксиального кабеля

Существуют такие способы:

  1. Кабелеукладчиком. С помощью этого оборудования работы по формированию траншей, размотки и прокладки выполняются одновременно. Принцип работы механизма заключается в расклинивании земли посредством специальных ножей, монтаж коаксиального кабеля вследствие движения механизма.
  2. Вручную. В этом случае траншеи нужных размеров подготавливаются заранее, после чего в них помещается оборудование на глубину, утвержденную проектом. Прокладка производится посредством растягивания оснащения специальными механизмами или вручную, чтобы избежать чрезмерного его натяжения.
  3. прокладка коаксиального кабеля

Как проверить коаксиальный кабель?

Перед прокладкой это делается обязательно.

  1. Выполняется внешний осмотр барабанов, в которых размещается оснащение, на целостность.
  2. Используется коаксиальный кабель комбинированный или других типов, проверяется его сопротивление посредством специального оборудования.
  3. Необходимо проверить целостность внешней оболочки.
  4. Чтобы узнать, нет ли внутренних переломов в кабеле, используется специальный тестер, которым нужно провести вдоль всей его длины. Если он погаснет в каком-то месте, это свидетельствует о наличии внутренних повреждений.

 

womanadvice.ru

Типы кабелей и проводов: силовой, коаксиальный, оптоволоконный кабель и витая пара | RuAut

Автор: Руслан Мусин

Силовые кабели

Среди наиболее популярных в последнее время видов кабельной продукции можно назвать кабель ВВГ и его модификации. ВВГ обозначается силовой кабель с изоляцией ТПЖ из ПВХ, оболочкой (кембриком)  из ПВХ, медным материалом жилы, не имеющий внешней защиты.

Используется для передачи и распределения электрического тока, рабочее напряжение 660 – 1000 В, частота 50 Гц. Количество жил может варьироваться от 1 до 5. Сечение – от 1,5 кв.мм до 240 кв.мм. Жилы могут быть как одно-, так и многопроволочными.

ВВГ применяется в широком диапазоне температур: от – 50 до + 50 ºС. Выдерживает влажность до 98% при температуре до + 40 ºС. Кабель достаточно прочен на разрыв и изгиб, стоек к агрессивным химическим веществам. При монтаже следует помнить, что каждый кабель или провод имеет определенный радиус изгиба. Это означает, что для поворота на 90º в случае с ВВГ радиус изгиба должен быть не меньше 10 диаметров сечения кабеля. Внешняя оболочка, как правило, черного цвета. Не распространяет горение.

Разновидности ВВГ:

  • АВВГ – те же характеристики, только вместо медной жилы используется алюминиевая;
  • ВВГнг – кембрик с повышенной негорючестью;
  • ВВГп – наиболее часто встречающаяся разновидность. Сечение кабеля не круглое, а плоское;
  • ВВГз – пространство между изоляцией ТПЖ и кембриком заполнены жгутами из ПВХ или резиновой смесью.

КГ расшифровывается очень просто – кабель гибкий. Это проводник с рабочим переменным напряжением до 660 В, частотой до 400 Гц или постоянного напряжения 1000 В. 

Жилы медные, гибкие или повышенной гибкости. Их количество варьируется от 1 до 6. Изоляция ТПЖ – резина, внешняя оболочка из того же материала. Диапазон рабочих температур от – 60 до + 50 ºС. Кабель применяется в основном для подсоединения различных переносных устройств. Есть разновидность КГнг с негорючей изоляцией. КГ прекрасно зарекомендовал себя именно в качестве кабеля, работающего практически при любых условиях на открытом воздухе.

Кабели для передачи информации

Помимо электроэнергии кабели предают информационные сигналы.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального провода и металлической оплетки, разделенных между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и помещенных в общую внешнюю оболочку.

К нему труднее механически подключиться для несанкционированного прослушивания сети, он также дает заметно меньше электромагнитных излучений вовне. Однако монтаж и ремонт коаксиального кабеля существенно сложнее, чем витой пары, а стоимость его выше (он дороже примерно в 1,5-3 раза по сравнению с кабелем на основе витых пар). Сложнее и установка разъемов на концах кабеля. Поэтому его сейчас применяют реже, чем витую пару.

Экран выполняет 2 функции: 1) защита от электромагнитных помех. 2)передача информационных сигналов.

Преимущества: низкая чувствительность к электромагнитным помехам, высокая частота передачи (порядка 50 МГц) на длинных линиях порядка километров. Недостаток: высокий вес кабеля, сложность прокладки. Обычно служит для передачи высокочастотных сигналов. Благодаря совпадению осей обоих проводников у идеального коаксиального кабеля обе компоненты 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.

Существует два типа коаксиальных кабелей: тонкий и толстый.

Тонкий КК – это кабель диаметром 0,5 см. Прост в применении и годится практически для любых видов сетей. Подключается непосредственно к платам сетевого адаптера компьютера. Тонкий КК способен передавать сигнал на расстояния до 185 м без искажений.

Толстый КК – это кабель диаметров 1 см. Чем толще кабель, тем большее расстояние способен преодолеть сигнал. Толстый КК передает сигнал до 500 м. Для подключения к толстому КК применяют специальное устройство – трансивер.

При заземлении экрана в нескольких точках по нему начинают протекать выравнивающие токи (ведь разные «земли» обычно имеют неравные потенциалы). Такие токи могут стать причиной внешних наводок (иной раз достаточных для выхода из строя интерфейсного оборудования), именно это обстоятельство является причиной требования заземления кабеля локальной сети только в одной точке. 

Наибольшее распространение получили кабели с волновым сопротивлением 50 ом. Это связано с тем, что эти кабели из-за относительно толстой центральной жилы характеризуются минимальным ослаблением сигнала (волновое сопротивление пропорционально логарифму отношения диаметров внешнего и внутреннего проводников).

RG-6 – коаксиальный кабель для передачи высокочастотных сигналов.

Кабели марки RG имеют множество разновидностей и отличаются друг от друга по некоторым характеристикам, например сопротивлению проводника, устойчивости к температурным и ударным нагрузкам, времени затухания сигнала, разновидности экрана и т.д.

Коаксиальный кабель РК-50 очень часто применяется в ультразвуковой расходометрии. Первичные преобразователи (излучатели и приемники ультразвуковых волн) соединяются с блоком электроники ультразвукового расходомера посредством отрезков коаксиального кабеля фиксированной длины.

Коаксиальный кабель является частью схемы, параметры которой определяют параметры формируемого ультразвукового импульса. Поэтому самовольное изменение длины отрезков коаксиальных кабелей входящих в комплект поставки ультразвуковых расходомеров (US-800, UFM-001 и т.п.) либо запрещено производителем вовсе, либо требует ввода «новой» длины кабелей в настройки расходомера. В противном случае погрешность измерения может оказаться выше заявленной производителем, а в некоторых случаях это может и вовсе привести к отказам в работе. К такому же эффекту может привести применение коаксиального кабеля с другим волновым сопротивлением. Например, РК-75 с волновым сопротивлением 75 Ом против 50 Ом у РК-50.

Витая пара

Служит для построения компьютерных сетей. Витая пара может быть экранированной и неэкранированной.

Состоит из одной или нескольких пар проводов, перевитых попарно, что делается в целях улучшения приема и передачи сигнала. Проводники в парах изготовлены из монолитной медной проволоки толщиной 0,4—0,6 мм. Скручивание проводов снижает влияние внешних и взаимных помех на полез­ные сигналы, передаваемые по кабелю (электромагнитные помехи одинаково влияют на оба провода пары).

Также внутри кабеля встречается так называемая «разрывная нить» (обычно капрон), которая используется для облегчения разделки внешней оболочки — при вытягивании она делает на оболочке продольный разрез, который открывает доступ к кабельному сердечнику, гарантированно не повреждая изоляцию проводников. Также разрывная нить, ввиду своей высокой прочности на разрыв, выполняет защитную функцию.

Каждый проводник заключен в изоляцию из ПВХ или пропилена. Внешняя оболочка также из ПВХ. Кабель может быть дополнительно оснащен влагонепронициаемой оболочкой из полипропилена.

 В зависимости от вида кабеля возможны различные варианты защиты:

  • UTP или незащищенная, без общего экрана для пар проводов;
  • FTP, или фольгированная, с экраном из алюминиевой фольги;
  • STP, или защищенная, с общим экраном из медной сетки, к тому же каждая витая пара окружена отдельным экраном;
  • S/FTP, или фольгированная, экранированная с общим экраном из фольги, к тому же каждая пара дополнительно включена в экран.

Кроме того, витые пары разделяются на категории по количеству пар, объединенных в один кабель. Самый распространенный вид, применяемый для компьютерных сетей – это категория CAT5. Он состоит из 4 пар проводов различного цвета. Скорость передачи данных – до 1 Гб/с при использовании всех пар.

Нужно отличать электрическую изоляцию проводящих жил, которая имеется в любом кабеле, от электромагнитной изоляции. Первая состоит из непрово­дящего диэлектрического слоя — бумаги или полимера, например поливинилхлорида или полистирола. Во втором случае помимо электрической изоляции проводящие жилы помешаются также внутрь электромагнитного экрана, в каче­стве которого чаще всего применяется проводящая медная оплетка.

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.

Экранированная витая пара хорошо защищает передаваемые сигналы от внеш­них помех, а также меньше излучает электромагнитные колебания вовне, что, в свою очередь, защищает пользователей сетей от вредного для здоровья излу­чения. Наличие заземляемого экрана удорожает кабель и усложняет его про­кладку.

Для построения сетей применяются следующие разновидности кабеля:

UTP (unshielded twisted pair) — незащищенная витая пара — витые пары которого не имеют экранирования;

FTP (Foiled Twisted Pair) — фольгированная витая пара — имеет общий экран из фольги, однако у каждой пары нет индивидуальной защиты;

STP (shielded twisted pair) — защищенная витая пара — каждая пара имеет собственный экран;

Преимущества: простота монтажа, низкая цена. Недостаток: высокая чувствительность к электромагнитным помехам. Для защиты от электромагнитных помех применяют экран. В зависимости от количества витков на 1м провода, от типа изоляции и типа экрана витые пары разделяются на категории и на частоту использования: 3 категория – 16МГц, 4 категория – 20 МГц, 5 категория – 100 МГц. Типичная длина сегмента – сотни метров.

Категории кабеля витая пара

Существует несколько категорий кабеля витая пара, которые определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины.

  • Кабель категории 1 — это обычный телефонный кабель (пары проводов не витые), по которому можно передавать только речь, но не данные. Данный тип кабеля имеет большой разброс параметров (волнового сопротивления, полосы пропускания, перекрестных наводок). 
  • Кабель категории 2 — это кабель из витых пар для передачи данных в полосе частот до 1 МГц. Кабель не тестируется на уровень перекрестных наводок. В настоящее время он используется очень редко. Стандарт Е1А/Т1А 568 не различает кабели категорий 1 и 2. 
  • Кабель категории 3 — это кабель для передачи данных в полосе часто до 16 МГц, состоящий из витых пар с девятью витками проводов на метр длины. Кабель тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом. Это самый простой тип кабелей, рекомендованный стандартом для локальных сетей.
  • Кабель категории 4 — это кабель, передающий данные в полосе частот до 20 МГц. Используется редко, так как не слишком заметно отличается от категории 3. Стандартом рекомендуется вместо кабеля категории 3 переходить сразу на кабель категории 5. Кабель категории 4 тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом.
  • Кабель категории 5 — самый совершенный кабель в настоящее время, рассчитанный на передачу данных в полосе частот до 100 МГц. Состоит из витых пар, имеющих не менее 27 витков на метр длины (8 витков на фут). Кабель тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом. Рекомендуется применять его в современных высокоскоростных сетях. Кабель категории 5 примерно на 30-50% дороже, чем кабель категории 3. 
  • Кабель категории 6 — перспективный тип кабеля для передачи данных в полосе частот до 200 МГц. 
  • Кабель категории 7 — перспективный тип кабеля для передачи данных в полосе частот до 600 МГц.

Оптоволокно

Оптоволоконный кабель (он же волоконно-оптический) — это принципиально иной тип кабеля по сравнению с другими типами электрических или медных кабелей. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент — это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.

Волоконно-оптический кабель состоит из тонких (5-60 микрон) гибких стек­лянных волокон (волоконных световодов), по которым распространяются свето­вые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля — он обеспечивает переда­чу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и к тому же лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех (в силу особенностей распространения света такие сигналы легко экранировать).

Каждый световод состоит из центрального проводника света (сердцевины) — стеклянного волокна, и стеклянной оболочки, обладающей меньшим показате­лем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выхолят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки.

Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля, только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром порядка 1-10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции — стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае мы имеем дело с режимом так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется, однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).

Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам этот сигнал принципиально не порождает внешних электромагнитных излучений. Однако в данном случае необходимо применение специальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно, что порой существенно увеличивает стоимость сети в целом.

Типичная величина затухания сигнала в оптоволоконных кабелях на частотах, используемых в локальных сетях, составляет около 5 дБ/км, что примерно соответствует показателям электрических кабелей на низких частотах.

Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки. Самый главный из них — высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). Для установки разъемов применяют сварку или склеивание с помощью специального геля, имеющего такой же коэффициент преломления света, что и стекловолокно. В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа. Никаких проблем согласования и заземления в данном случае не существует. Кабель обеспечивает идеальную гальваническую развязку компьютеров сети.

www.ruaut.ru

Среды передачи данных | Hyperline

Любовь Горшкова, Григорий Ефимов

При построении сети необходимо, прежде всего, определить, при помощи какого носителя следует передавать связные сигналы, которые принято называть слаботочными.

Под средой передачи данных понимают физическую субстанцию, по которой происходит передача электрических сигналов, использующихся для переноса той или иной информации, представленной в цифровой форме.

Среда передачи данных может быть естественной и искусственной. Естественная среда — это существующая в природе среда; чаще всего естественной средой для передачи сигналов является атмосфера Земли, но возможно также использование других сред — безвоздушного пространства, воды, грунта, корабельного корпуса и т.д. Соответственно под искусственными понимают среды, которые были специально изготовлены для использования в качестве среды передачи данных. Представителями искусственной среды являются, например, электрические и оптоволоконные (оптические) кабели.

Будем рассматривать среды передачи данных согласно их распространенности, поэтому начнем со сред передачи данных, которые мы решили называть искусственными.

Искусственные среды. Классификация и применение

Типичными и наиболее распространенными представителями искусственной среды передачи данных являются кабели. При создании сети передачи данных выбор осуществляется из следующих основных видов кабелей: волоконно-оптический (fiber), коаксиал (coaxial) и витая пара (twisted pair). При этом и коаксиал (коаксиальный кабель), и витая пара для передачи сигналов используют металлический проводник, а волоконно-оптический кабель — световод, сделанный из стекла или пластмассы.

Справедливости ради следует отметить, что помимо оптических волокон, для передачи слаботочных сигналов в электронике применяют углеродные волокна (carbon fibers). Такая «экзотическая» среда применяется, в частности, для соединения усилителей мощности с акустическими колонками класса high-end (считается, что электрический сигнал, передаваемый по такому «акустическому» кабелю, испытывает меньшее рассеяние, чем в металлическом кабеле). В такой аппаратуре применяют также кабели из серебра, что обеспечивает получение так называемого «серебряного» звучания.

Но не будем отвлекаться. Прежде чем в 1992 году были одобрены стандарты на сеть Ethernet в части установки неэкранированной витой пары, в большинстве локальных сетей использовался коаксиальный кабель. Но в последующих инсталляциях, в основном, использовали более гибкую и менее дорогостоящую среду — неэкранированную витую пару. Кроме того, все большее распространение получает волоконно-оптический кабель за счет своих лучших характеристик по сравнению с электрическими кабелями. Однако волоконно-оптический кабель обладает существенным недостатком — высокой стоимостью, поэтому он чаще всего используется в магистральной сети, а до рабочих мест протягивается пока еще относительно редко. (Кстати, волоконно-оптические кабели также широко используются для соединения проигрывателей с усилителями в аудиоаппаратуре класса high-end.)

При выборе кабеля, особенно электрического, возникает противоречие между достижением высокой скорости передачи и покрытием большого расстояния. Дело в том, что можно увеличить скорость передачи данных, но это уменьшает расстояние, на которое данные могут перемещаться без восстановления (регенерации). В таких ситуациях могут помогать устройства, осуществляющие регенерацию сигналов, в частности, повторители и усилители. Однако при этом некоторые ограничения накладывают физические свойства кабеля. Так, электрические кабели обладают характеристикой, считающейся косвенной, — импендансом (чем выше импенданс — тем выше сопротивление), которая может стать источником осложнений при попытке соединить два кабеля с различным импендансом.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель(coaxial), или коаксиал имеет длинную историю. Если в вашем доме есть кабельное телевидение, то вы имеете коаксиальный кабель. Кабельное телевидение использует те же самые принципы, что и широкополосная передача, применяемая в сетях передачи данных. Широкополосная сеть и кабельное телевидение используют важное достоинство коаксиального кабеля — его способность передавать в один и тот же момент множество сигналов. Каждый такой сигнал называется каналом. Все каналы организуются на разных частотах, поэтому они не мешают друг другу.

Коаксиальный кабель обладает широкой полосой пропускания; это означает, что в ней можно организовать передачу трафика на высоких скоростях. Он также устойчив к электромагнитным помехам (по сравнению с витой парой) и способен передавать сигналы на большое расстояние. Кроме того, с технологией передачи сигналов по коаксиальному кабелю хорошо освоились многие поставщики и инсталляторы как кабельных систем, так и различных сетей передачи данных.

Коаксиальный кабель состоит из четырех частей (см. рис. 1). Внутри кабеля размещена центральная жила (проводник, сигнальный провод, линия, носитель сигнала, внутренний проводник), окруженная изоляционным материалом (диэлектриком). Указанный слой изоляции охвачен тонким металлическим экраном. Ось металлического экрана совпадает с осью внутреннего проводника — отсюда и следует название «коаксиал». И, наконец, внешней частью кабеля является пластиковая оболочка.

Центральная жила может состоять из одного сплошного проводника (одножильный) или нескольких, являющихся одним проводником (многожильный). Она обычно выполнена из меди, медного сплава с оловом или серебром; алюминия или стали с медным покрытием. Диэлектрик — полиэтилен или тефлон с воздушной прослойкой или без нее. Экран может быть выполнен в виде фольги или оплетки. Внешняя оболочка изготавливается из поливинилхлорида или полиэтилена (noplenun), тефлона или кинара (plenun).

Внешний экран может быть выполнен из фольги, оплетки или из их комбинаций. Возможна также многослойная (например, четырехслойная) защита.

Существует несколько размеров коаксиального кабеля. Различают толстый (диаметром 0.5 дюйма) и тонкий (диаметром 0.25 дюйма) коаксиальные кабели. Толстый коаксиальный кабель более крепкий, стойкий к повреждению и может передавать данные на более длинные расстояния, но недостатком такого кабеля является сложность его подсоединения.

Заметим также, что существуют такие разновидности коаксиального кабеля, как твинаксиал, тринаксиал, quad-кабель и т.д.

Витая пара

Витая пара (TP — twisted pair) — кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины. Скручивание осуществляется для уменьшения внешних наводок (наводок от внешних источников) и перекрестных наводок (наводок от одного проводника другому проводнику из одной и той же пары). Часто кабель на витой паре (точнее, на нескольких, как правило, 4 витых парах) называют просто «витая пара», хотя, конечно, это -профессиональный жаргон. Заметим попутно, что витая пара была изобретена Александром Беллом в 1981 году.

В последние несколько лет производители витой пары научились передавать данные по своим кабелям с высокими скоростями и на большие расстояния. Некоторые из первых локальных сетей на персональных компьютерах, например, Omninet или 10Net, использовали витую пару, но могли передавать данные только со скоростью 1 Мбит/с. В 1984 году, когда была представлена сеть Token Ring, она обладала способностью пересылать данные со скоростью 4 Мбит/с по экранированной витой паре. А в 1987 году отдельные производители заявили, что сеть Ethernet может пересылать данные по неэкранированной витой паре, но компьютеры должны быть размещены на расстоянии, равном приблизительно 300 футов, а не 2000 футов, как было разрешено для соединения с помощью толстого коаксиального кабеля. Современные достижения сделали возможной передачу данных по кабелю на витой паре со скоростью 1 Гбит/с (по 250 Мбит/с в каждой из 4 пар).

По сравнению с волоконно-оптическими и коаксиальными кабелями, использование витой пары обладает рядом существенных преимуществ. Такой кабель более тонкий, более гибкий и его проще устанавливать. Он также недорог. И вследствие этого, витая пара является идеальным средством передачи данных для офисов или рабочих групп, где нет электромагнитных помех.

Однако, витая пара обладает следующими недостатками: сильное воздействие внешних электромагнитных наводок, возможность утечки информации и сильное затухание сигналов. Кроме того, проводники витой пары подвержены поверхностному эффекту — при высокой частоте тока, электрический ток вытесняется из центра проводника, что приводит к уменьшению полезной площади проводника и дополнительному ослаблению сигнала.

Несмотря на то, что существует несколько типов витой пары, экранированная (STP — shielded twisted pair) и неэкранированная (UTP — unshielded twisted pair) являются самыми важными (см. рис. 2). При этом кабель UTP не содержит никаких экранов, а кабель STP может иметь экран вокруг каждой витой пары и, в дополнение к этому, еще один экран, охватывающий все витые пары (кабель S-STP). Применение экрана позволяет повысить помехоустойчивость.

Материалы, используемые при изготовлении витой пары, аналогичны материалам, используемым при изготовлении коаксиального кабеля.

Стандарты TIA/EIA-568, 568А определяют категории для витой пары. Существуют 7 таких категорий. Самая младшая (Категория 1) соответствует аналоговому телефонному каналу, а старшая (Категория 1) характеризуется максимальной частотой сигнала в 600 МГц, при этом Категории 1…3 выполняются на UTP, а 4…7 — UTP и STP.

Многие специалисты высказывают сомнения по поводу целесообразности введения 7 категории, так как стоимость кабеля, соответствующего данной категории, приравнивается к стоимости волоконно-оптических кабелей, в то время как ведутся работы по созданию более дешевых волоконно-оптических кабелей.

Волоконно-оптический кабель

Волоконно-оптический кабель (fiber-optic cable) был разрекламирован как решение всех проблем, порождаемых медным кабелем. Такой кабель имеет огромную ширину полосы пропускания и может пересылать голосовые сигналы, видеосигналы и сигналы данных на очень большие расстояния. В связи с тем, что волоконно-оптический кабель для передачи данных использует световые импульсы, а не электричество, он оказывается невосприимчивым к электромагнитным помехам. Отличительной особенностью волоконно-оптического кабеля является также то, что он обеспечивает более высокую безопасность информации, чем медный кабель. Это связано с тем, что нарушитель не может подслушивать сигналы, а должен физически подключиться к линии связи. Для того чтобы добраться до информации, передаваемой по такому кабелю, должно быть подсоединено соответствующее устройство, а это, в свою очередь, приведет к уменьшению интенсивности светового излучения. К недостаткам волоконно-оптического кабеля следует отнести высокую стоимость и меньшее число возможных перекоммутаций по сравнению с электрическими кабелями, так как во время перекоммутаций появляются микротрещины в месте коммутации, что ведет к ухудшению качества оптоволокна.

По своей структуре волоконно-оптический кабель подобен коаксиальному кабелю (см. рис. 1). Однако вместо центральной жилы в его центре располагается стержень, или сердцевина, которая окружена не диэлектриком, а оптической оболочкой, которая, в свою очередь, окружена буферным слоем (слоем лака), элементов усиления и внешнего покрытия. Стержень и оболочка изготавливается как одно целое. Диаметр стержня составляет от 2 до нескольких сотен микрометров. Толщина оболочки — от сотен микрометров до единиц миллиметров. Буферный слой может быть свободным (жесткая пластиковая трубка) или плотноприлегающим. Свободный защищает от механических повреждений и температуры, прилегающий — только от механических повреждений. Элементы усиления выполняются из стали, кевлара и т.д., однако, могут иметь отрицательный эффект, например, элементы из стали могут притягивать разряды молний. Волоконно-оптический кабель с элементами усиления называется кабелем с усиленной конфигураций. В кабеле облегченной конфигурации пространство между внешней оболочкой и буферным слоем заполнено жидким гелием. Внешнее покрытие изготавливается аналогично покрытию электрических кабелей.

Волоконно-оптический кабель бывает одномодовым и многомодовым. Одномодовый кабель имеет меньший диаметр световода (5-10 мкм) и допускает только прямолинейное распространение светового излучения (по центральной моде). В стержне многомодового кабеля свет может распространяться не только прямолинейно (по нескольким модам). Чем больше мод, тем уже пропускная способность кабеля. Так, на 100 м максимальная частота сигнала на длине волны 850 нм для многомодового составляет 1600 МГц, для одномодового — 888 ГГц. Стержень и оболочка многомодового кабеля могут быть изготовлены из стекла или пластика, в то время как у одномодового — только из стекла. Для одномодового кабеля источником света является лазер, для многомодового — светодиод.

Для многомодового кабеля характерны следующие помехи: модальная дисперсия и хроматическая дисперсия. Модальная дисперсия заключается в том, что на большом расстоянии начинает сказываться многомодовость кабеля — световой импульс, идущий по самой длинной моде (неаксиальный луч) начинает «отставать» от импульса, идущего по центральной моде (аксиальный луч). В результате этого промежуток между импульсами должен быть больше, чем разница между аксиальным и неаксиальным лучами. Хроматическую дисперсию по другому можно назвать «эффектом радуги» — когда световой сигнал разделяется на световые компоненты., а так как волны света различной длины пропускаются световодом по-разному, то на больших расстояниях хроматическая дисперсия может привести к потере передаваемых данных — световые компоненты одного сигнала будут накладываться на световые компоненты другого.

Многомодовый волоконно-оптический кабель может быть со ступенчатым или плавным отражением сигнала. Кабель с плавным отражением сигнала имеет многослойную оболочку с разными коэффициентами отражения у каждого слоя, и лучшие характеристики по сравнению с кабелем со ступенчатым отражением сигнала.

Одномодовый кабель обладает наилучшими характеристиками, но и является самым дорогим. Многомодовый кабель из пластика является самым дешевым, но обладает самыми худшими характеристиками.

Радиоволновод (немного экзотики)

К искусственным средам передачи можно отнести радиоволноводы. Радиоволновод представляет собой полую металлическую трубку, внутри которой распространяется радиосигнал. Нужно отметить, что диаметр трубки должен соответствовать длине волны передаваемого сигнала. Обычно применяются короткие волноводы для передачи сигнала на передающую антенну. Однако есть сведения, что радиоволноводы применялись в военной отрасли для передачи сигналов на большие расстояния, причем коэффициент затухания сигнала был ниже, чем при использовании электрических кабелей. Но по мере развития технологий изготовления кабелей (в частности, волоконно-оптических) радиоволноводы перестали использоваться для передачи сигналов на большие расстояния.

Естественные среды

Рассматривая естественные среды передачи данных, сделаем следующие допущения: 1) так как наиболее используемой естественной средой является атмосфера (в основном, нижний слой — тропосфера), а различные сигналы распространяются в атмосфере по разному, то при рассмотрении данной среды различные виды сигналов будем рассматривать отдельно; 2) поскольку при спутниковой связи безвоздушная среда не накладывает каких-либо ограничений на проходящий через нее сигнал, а основные трудности сигнал спутниковой связи испытывает при прохождении атмосферы, — отдельно рассматривать безвоздушную среду не будем.

Атмосфера

Наибольшее распространение в качестве носителей данных в атмосфере получили электромагнитные волны. Здесь следует заметить, что от длины волны зависит характер распространения электромагнитных волн в атмосфере. Спектр электромагнитного излучения делится на радиоизлучение, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, гамма-излучение. В настоящее время в связи с техническими трудностями ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение не используются. Используемые радиоволны, в свою очередь, зависят от длины волны. Они делятся на (приведем отечественную классификацию): сверхдлинные (декакилометровые), длинные (километровые), средние (гектаметровые), короткие (декаметровые), метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые, субмиллиметровые. Последние пять диапазонов принято также называть ультракороткими волнами. Кроме того, в последние три диапазона входит СВЧ-излучение (а по некоторым источникам — и часть дециметрового диапазона 0.3…0.1 м).

Радиоволны

Волны, имеющую длину больше, чем у ультракоротковолновых, не представляют большого интереса для сети передачи данных из-за низкой потенциальной скорости передачи данных. Поэтому рассматривать их не будем.

В сетях передачи данных нашли применения радиоволны УКВ диапазона, которые распространяются прямолинейно и не отражаются ионосферой (как КВ) и не огибая встречающиеся препятствия (как ДВ или СВ). Поэтому связь в сетях передачи данных, построенных на УКВ радиосредствах, ограничена по расстоянию (до 40 км). Для преодоления этого ограничения обычно используют ретрансляторы.

Разработчику радиосети приходится, в первую очередь, заниматься юридическими проблемами. Это объясняется тем, что любая передающая радиостанция, превышающая ограничение на выходную мощность, подлежит лицензированию. Национальными комитетами по лицензированию (или государственными органами, занимающимися лицензированием), как правило, выделяются частоты, не подлежащие лицензированию (в США комитетом FCC определены три таких диапазона: 902…928 МГц, 2.4…2.5 ГГц и 5.8…5.,9 ГГц, в Европейском сообществе ETSI определен диапазон, утвержденный директивой ЕС 1.88…1.90 ГГц). Однако в этом случае на передающее устройство накладывается ограничение по мощности (для США — 1 Вт).

Сети передачи данных бывают узкополосными (как правило, одночастотные) и широкополосными (широкополосные, как правило, организуются на нелицензируемых частотах). Широкополосные сети могут использовать либо метод множественного доступа с кодовым уплотнением каналов и модуляцией несущей прямой последовательностью (DS-CDMA, DFM), либо метод множественного доступа с кодовым уплотнением каналов за счет скачкообразного изменения частоты (FH-CDMA, FHM).

Стоит добавить, что при использовании радиоволн с миллиметровыми длинами волны и менее, придется столкнуться с тем, что качество радиосвязи будет зависеть от состояния атмосферы (туман, дым и т.д.).

Разновидностью радиосвязи можно считать спутниковую связь, отличием от наземной радиосвязи будет являться только то, что вместо наземного ретранслятора используется спутник-ретранслятор, находящийся на геостационарной орбите. При использовании спутника-ретранслятора снимается ограничение по расстоянию, но возникают задержки между приемом и передачей сигнала — задержки распространения, которые могут составить 0.5…5 с.

Инфракрасное излучение и видимый свет

Источником инфракрасного излучения могут служить лазер или фотодиод. В отличие от радиоизлучения, инфракрасное излучение не может проникать сквозь стены, и сильный источник света будет являться для них помехой. Кроме того, при организации связи вне помещения на качество канала будет влиять состояние атмосферы. Инфракрасные сети передачи данных могут использовать прямое или рассеянное инфракрасное излучение. Сети, использующие прямое излучение, могут быть организованы по схеме «точка-точка» или через отражатель, закрепляющийся, как правило, на потолке. Организация сетей, использующих прямое излучение, требует очень точного наведения, особенно если в качестве источников наведения используются лазеры. Используемые частоты излучения 100…1000 ГГц, пропускная способность от 100 Кбит/с до 16 Мбит/с. Сети, использующие рассеянное излучение, не предъявляют требования к точной настройке, более того, позволяют абоненту перемещаться, но обладают меньшей пропускной способностью — не более 1 Мбит/с.

Использование в сетях передачи данных источника видимого света более проблематично, так как использующийся источник видимого света ( лазер) может нанести травму человеку (ожог глаз). Поэтому при организации сетей, использующих видимый свет, следует также решать проблемы исключения случайной травмы пользователя сети, обслуживающего персонала или случайных людей.

Основные понятия

Среда передачи данных — физическая среда, по которой происходит передача сигналов, использующихся для представления информации

Радиоволны — электромагнитные волны с частотой меньше 6000 ГГц (с длиной волны больше 100 мкм).

Коаксиальный (coaxial) кабель (от co — совместно и axis — ось) представляет собой два соосных гибких металлических проводника, разделенных диэлектриком.

Витая пара — (twisted pair, TP) — кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины. Существуют: экранированная (shielded twisted pair, STP) и неэкранированная (unshielded twisted pair, UTP) витые пары.

Двужильный или твинаксиальный (twinaxial) кабель — коаксиальный кабель с двумя проводящими жилами, каждая из которых помещена в свой собственный слой диэлектрика.

Триаксиальный (triaxial) кабель отличается от коаксиального тем, что содержит дополнительный медный экранирующий слой, который располагается между обычным экранирующим слоем и внешним покрытием.

Квадраксильный (quadrax) кабель — кабель, содержащий две жилы подобно твиаксиальному и окруженный подобно триаксиальному дополнительным экранирующим проводящим слоем.

Кабели с четырехслойной защитой (quadshield) — кабели такого типа содержат четыре чередующихся защитных слоя из фольги и металлической оплетки.

Волоконно-оптический кабель (fiber-optic cable) предназначен для организации физической сред передачи световых сигналов.

Мода (mode) — возможный путь распространения световых лучей по оптоволокну.

Одномодовый (single-mode) кабель- волоконно-оптический кабель, имеющий диаметр сечения стержня менее 10 мкм, в результате чего световые лучи внутри него могут распространяться только по одному маршруту.

Многомодовый (multimode) кабель — волоконно-оптический кабель, внутри стержня которого световые лучи могут распространяться по нескольким маршрутам.

Кабель со ступенчатым изменением коэффициента преломления (single-step fiber) — многомодовый волоконно-оптический кабель со скачкообразным коэффициентом преломления между сердечниками и оболочкой.

Кабель с плавным изменением коэффициента (graded-index fiber) — многомодовый волоконно-оптический кабель с плавным изменением коэффициента преломления между сердечниками и оболочкой.

Организации, занимающиеся стандартизацией сред передачи данных

Компания IBM — спецификации ICS (IBM cable system)

Национальный электротехнический кодекс (National Electric Code, NEC). Документы NEC публикуются национальным противопожарным комитетом. В них описываются стандарты надежности общецелевых кабелей. Стандарты второго класса (CL2x) описывают общецелевые кабели, а коммуникационные стандарты (CMx) кабели, предназначенные для передачи информации. Наиболее строгими из стандартов являются CL2P, CM2P (Plenum), менее строгие стандарты CL2R, CM2R.

Underwriters laboratories (UL)

Специалисты организации UL выполняют тестирование, предназначенное для проверки условий, при которых кабели и устройства могут работать с надежностью, соответствующей их спецификации. Продукция успешно прошедшая эти тесты помещается в списки UL. Для классификации кабелей различного типа UL используют систему отметок, которая содержит пять уровней.

Объединенный комитет Ассоциация электронной промышленности/Ассоциация телекоммуникационной промышленности (TIA/EIA) разботал классификационные системы для витой пары: TIA/EIA-568/568А.

Международная организация по стандартизации/Международная электротехническая комиссия (ISO/IEC) разработали стандарт ISO/IEC 11801, определяющий спецификации на кабели и соединители.

Институт инженеров по радиотехнике и электронике (IEEE) разработал стандарт 802.11 на беспроводные сети

Статья опубликована с разрешения журнала «Сетевой», №05 2000

 

www.hyperline.ru

Витая пара, коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель.

Витая пара, коаксиальный кабель,

волоконно-оптический кабель.

Важнейшим компонентом, определяющим во многом, состав оборудования, эффективность работы и расстояния между абонентами сети, является используемая в компьютерной сети физическая среда установления соединений.   

Витая пара.

   Витая пара (Twisted pair — ТР) представляет собой пару свитых проводов. Кабель, составленный из нескольких витых пар, как правило, покрыт  жесткой пластиковой оболочкой, предохраняющей его от воздействия внешней среды и механи­ческих повреждений. Схема витой пары представлена на рисунке 1.    В нормальных условиях витая пара поддерживает скорость передачи данных от 10 до 100 Мбит/с.

  

Рис. 1.  Кабель из витых пар

 

Однако ряд факторов может существенно снизить скорость передачи данных, в частности, потеря данных (data loss), перекрестное соединение (crosstalk coupling) и влияние электромагнитного излучения.    Для уменьшения влияния электрических и магнитных полей применяется экранирование (кабель из витых пар покрывается фольгой или оплеткой). Но после экранирования витой пары в значительной степени увеличивается затухание (аттенюация — attenuation) сигнала. Под затуханием сигнала подразумевается его ослабление при передаче из одной точки сети в другую. Экранирование изменяет сопротивление, индук­тивность и емкость таким образом, что линия становится склонной к потерям данных. Подобные потери могут сделать витую пару ненадежной средой передачи. И экранированная, и неэкрани­рованная витая пара используются для передачи данных на несколько сотен метров.  

Спецификации категорий витой пары.

   В соответствии со спецификациями ассоциации электронной и телекоммуникационной  промышленно­сти (Electronic Industries Association and Telecommunications Industries Association — EIA/TIA) вводится пять стандартных категорий кабеля из витых пар. Обратите внимание, что при определении категорий кабеля используется только неэкранированная витая пара (unshielded twisted pair — DTP).

   Кабель первой категории используется для передачи голосовых данных. С начала 80-х годов кабель CAT 1 используется в основном в качестве проводки телефонных линий. Кабель первой категории   не сертифицирован для передачи данных любого типа и в большинстве случаев не рассматривается  как среда для передачи цифровых данных.

   Кабель второй категории используется для передачи информации со скоростью не более 4 Мбит/с. Этот тип проводки характерен для сетей устаревшей кольцевой топологии, использующих протокол с передачей маркера. Кабель тактируется частотой 1 МГц.

   Кабель третьей категории в основном используется в локальных сетях с устаревшей архитектурой  Ethernet l0base-T и сертифицирован для передачи данных со скоростью до 16 Мбит/с. Кабель тактируется частотой 16 Мгц.

   Кабель четвертой категории используется в качестве среды соединения сетей с кольцевой архитектурой или архитектурой lObase-T/l00base-T. Кабель САТ4 сертифицирован для передачи данных со скоростью до  16 Мбит/с и состоит из четырех витых пар. Тактируется частотой 20 МГц.

   Кабель пятой категории является самой распространенной средой передачи сетей Ethernet. Кабель поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с и используется в сетях с архитектурой l00base-Т и l0base-T. Кабель тактируется частотой 100 МГц.

 

Коаксиальный кабель. 

   Коаксиальный  кабель является широко распространенной средой передачи дан­ных. Такое название кабель получил вследствие того, что состоит из двух проводников (axes). Один провод-пик (цельная или витая жила) экранируется вторым, который тоже может быть сплошным или перепле­тенным. Проводники, как правило, разделены слоем диэлектрического материала. Сам кабель покрыт пла­стиковой оболочкой. Коаксиальный кабель лучше защищен от помех и позволяет увеличить длину сегмента сети. Использующие коаксиальный кабель сети стандартов l0base-5/2 характеризуются пропускной способ­ностью 10 Мбит/с. Максимальная длина сегмента для сетей стандарта l0base-5 составляет приблизительно 500 метров, а для сетей стандарта l0base-2 — приблизительно 180 метров. На рисунках 2 и 3 показан коаксиальный кабель в разрезе. С увеличением диаметра коаксиального кабеля пропускная способность повышается. Однако одновре­менно  с этим увеличиваются затраты на выполнение проводки из такого кабеля, поскольку необходимо использовать специальные инструменты. Коаксиальный  кабель менее подвержен влиянию шума  по сравнению с витой парой.  Кабель состоит из двух концентрических проводников, разделенных слоем диэлектрического материала. Импеданс коаксиального кабеля может быть равен 75 Ом (кабель толщиной 1/2 дюйма) или 50 Ом  (кабель толщиной 3/8 дюйма).

 

 Рис. 2.  Сечение коаксиального кабеля.

 

 Рис 3. Продольный разрез коаксиального кабеля.

 

Волоконно-оптический кабель. 

   Это наиболее перспективная среда, позволяющая передавать данные в виде световых волн по стеклянному «про­воднику» или кабелю. Волоконно-оптические линии связи используются на расстояниях свыше одного километра. Характерной их особенностью является высокая защищенность от несанкционированного под­ключения (что не удивительно, поскольку для передачи данных не используются электрические сигналы). Существует две разновидности кабеля: одномодовый и мпогомодовый.

      Коаксиальный  и волоконно-оптический кабель устроены почти одинаково. Сердечник последнего со­стоит из сплетения тонких стеклянных волокон и заключен в пластиковую оболочку (плакирование— cladding), отражающую  свет  обратно к сердечнику. Плакирование покрыто концентрическим защитным слоем плас­тика. Несколько волоконно-оптических кабелей объединяются в жгут и покрываются еще одним защитным слоем пластика. На рисунке 4  показано устройство волоконно-оптического кабеля.

  

Рис. 4. Волоконно-оптический кабель.

  

Принцип передачи данных волоконно-оптическим кабелем.

Все стандартные кабели передают бинарные данные с помощью электрических импульсов. И только воло­конно-оптический кабель, используя тот же принцип, передает данные с помощью световых импульсов.  Источник  света посылает данные по волоконно-оптическому «каналу», а принимающая сторона должна преобразовать полученные данные в необходимый формат.

Одномодовый и многомодовый кабель.

   В относительно тонком волоконно-оптическом канале свет будет распространяться вдоль продольной оси канала. В  физике этот эффект упоминается в следующей формулировке — «импульсы света

распространяются в осевом (аксиальном) направлении». Именно это и происходит в одномодовом кабеле (см. рис. 5).

   Однако преимущества этого типа передачи ограничены. С целью устранения подобных ограничений ста­ли выпускать толстый кабель. Но тут возникла другая проблема — лучи света имеют свойство входить в канал под различными углами и проходить кабель, отражаясь от стенок сердечника. В результате вошедшие в канал под различными углами волны проходят различное расстояние и прибывают к получателю в раз­ное время. Этот эффект, проиллюстрированный на рисунке 6, получил название модальной дисперсии (modal dispersion).

 

Принцип работы волоконно оптического кабеля.

  

Рис. 5. Распространение  света  по одномодовому пути в тонком кабеле.

  

Рис. 6. Модальная дисперсия неаксиальных  лучей в толстом кабеле.

 

Чем больше количество мод света в канале, тем уже полоса пропускания. В дополнение к тому, что раз­личные импульсы достигают получателя практически одновременно, усиление дисперсии приводит к нало­жению  импульсов и  введению получателя в «заблуждение». В результате снижается общая пропускная способность. Одномодовый кабель передает только одну моду световых импульсов. Скорость передачи данных при этом достигает десятков гигабит в секунду. Одномодовый кабель в состоянии поддерживать несколько гигабитных каналов одновременно, используя для этого световые волны разной длины. Следовательно, про­пускная способность многомодового волоконно-оптического кабеля ниже, чем у одномодового. Простейший  способ уменьшения  дисперсии — нивелирование (grading) волоконно-оптического кабеля. В результате лучи света синхронизируются таким образом, что дисперсия на стороне приемника уменьша­ется. Дисперсия также может быть уменьшена путем ограничения количества длин световых волн. Оба ме­тода позволяют в некоторой степени уменьшить дисперсию, но не в состоянии привести скорость передачи данных в соответствие с одномодовым волоконно-оптическим кабелем.    Широко  используется многомодовый волоконно-оптический кабель 62,5/125. Обозначение «62,5» соответствует диаметру сердечника, а обозначение «125» — диаметру плакирования (все величины приве­дены в микронах). Из одномодовых распространены кабели с маркировкой 5-10/125. Ширина полосы про­пускания обычно приводится в МГц/км. Хорошей моделью взаимоотношений полосы пропускания и дальности передачи служит резиновый жгут — с увеличением расстояния полоса пропускания сужается (и наоборот). В случае передачи данных на расстояние 100 метров полоса частот многомодового кабеля составляет 1600 МГц при длине волны 850 нм. Аналогичная характеристика одномодового кабеля составляет приблизительно 888 ГГц.

 

al-tm.ru

Закат эпохи коаксиального кабеля Подключить интернет в квартиру, в офис, рейтинг интернет-провайдеров

Молодое поколение инженеров уже в большинстве своём не застало локальные сети, построенные на коаксиальном кабеле. О стандартах 10Base2 и 10Base5 они читали только в устаревших книгах или википедии, а разъёмы BNC встречали лишь на отживших своё сетевых карточках.

Уже много лет прошло с тех пор, как коаксиальный кабель уступил место витой паре и телефонной лапше (DSL) в области организации локальных сетей. На это повлияло много факторов: скорость передачи данных, практичность, удобство работы, сложность развёртывания сети. Сейчас сложно представить, какие трудности в сети порождало использование толстого/тонкого Ethernet’а. Но списывать со счетов коаксиал рано: все мы знаем основное применение его в кабельном телевидение, которое по-прежнему набирает обороты.


Это та сфера, где старому доброму коаксиальному кабелю была лишь альтернатива в виде эфирного вещания с довольно посредственным качеством или дорогостоящее спутниковое оборудование. Девяностые годы и начало двухтысячных были золотой эпохой для кабельного телевидения.

Удобство использования такого кабеля заключается в том, что сигнал можно передать на относительно большое расстояние (Например, Ethernet будет работать на витой паре лишь на расстоянии 100 метров, а на коаксиале на все 500) и его легко размножить, поставив сплиттер. Таким образом долгое время он был идеальным решением.

Проблема была лишь в том, что из-за затухания в кабеле всё-таки необходимы были повторители и при возрастании расстояния, значительно росла и цена. Другая проблема: пропускная способность коаксиального кабеля достаточно невысока, что затрудняет передачу по одному кабелю интернет данных и цифрового видеосигнала (особенно если речь идёт о HDTV). С ростом потребностей пользователей в скорости доступа в интернет эта проблема становится ещё более острой.

В конце прошлого десятилетия стремительно в помощь коаксиалу пришло оптическое волокно и появились новые гибридные оптокоаксиальные сети. При такой схеме используется технология FTTC (Fiber To The Curb — Оптика до микрорайона) или FTTB (Fiber To The Home), то есть до некого узла сигнал идёт в оптической среде, а далее преобразуется в электрический и расходится по коаксиалу в квартиры. При приблизительно одинаковой цене прокладки, оптическое волокно имеет значительно меньший коэффициент затухания, что позволяет отказаться от повторителей и усилителей и, вообще говоря, строить пассивные оптически сети, т. е. сети без активного оборудования (Passive Optic Network — PON). Кроме того, оптика в качестве транспорта позволяет более гибкое планирование сети и сервисов.

Большинство операторов используют сейчас именно такую схему. И вот, казалось бы, найдена золотая середина. Но мытарства коаксиального кабеля на этом не кончаются. И угроза идёт не со стороны цифрового эфирного вещания или спутникового ТВ. С развитием технологий GPON и Triple play оптические линии заходят прямо в наши с вами дома без всякого активного оборудования от узла провайдера до разъёма в вашей стене. А GPON сейчас развивается очень активно, есть города буквально опутанные им. И, как это ни парадоксально, связан такой бум с нашим недавним отставанием: в то время, как на западе активно развивались сети DSL, в России не было никакой инфраструктуры. И теперь мы стремительно внедряем новые технологии, а запад преследует их телефонное наследие.

Современные элегантные Wi-Fi-устройства со скоростями до 300 Мб/с (стандарт IEEE802.11n, а стандарт IEEE802.11ac обещает больше 1Гб/c), ресиверы (Set Top Box — STB) с возможностью подключаться к интернету через Wi-Fi или Ethernet, новые телевизоры с бразуерами, скайпом и ютьбами — всё это однозначно говорит о проникновении IPTV в нашу жизнь. Зрителям уже недостаточно простого стриминга подобранного кем-то видео, ему необходима интерактивность, возможность нажать паузу, обсудить фильм с другими людьми. Иногда хочется посмотреть то же самое на планшете или на ноутбуке в другой комнате и одновременно с этим путешествовать в интернете. Технология Triple Play (Интернет+IPTV+телефония), на которую сейчас делают упор как крупные вендоры, так и операторы связи, значительно упрощает внедрение телевидения поверх IP и делает работу пользователя/зрителя более единообразной.
С приходом IPTV телевизор полностью изменится и места кабельному телевидению в его классическом понимании уже не останется.

Если верить статистике и личному опыту, старый телевизор освобождает место для нового раз в 5-7 лет. Поэтому уже в наступившем десятилетии можно ожидать смерть коаксиала в области кабельного телевидения в части доступа пользователей. И, учитывая ускоряющиеся темпы роста в технической сфере, уже вскоре это будет такой же архаизм, как Dial-Up-соединение сегодня. Впрочем, это, разумеется, не касается наших любимых бабушек и мам.

Но, даже учитывая всё вышесказанное, хоронить коаксиальный кабель как таковой рано, и более того, даже прогнозировать это пока не стоит. Дело в том, что в роли среды передачи высокочастотного сигнала ему нет равных. И для соединения антенны с передающим/принимающим устройством альтернативы нет. Посмотрите на любую будку сотового оператора сейчас, и вы увидите толстенный пучок чёрных фидеров, уходящий ввысь к антеннам:

И не имеет значения для GSM, 3G, LTE, WiMAX или спутниковой связи он используется — у коаксиального кабеля тут нет конкурентов.
Так же и в области передачи звука коаксиал на равных с оптикой несёт пальму первенства, только при этом стоит дешевле.

Однако что для кабельного ТВ, что для доступа в Интернет текущее десятилетие ознаменует закат эпохи коаксиального кабеля.

telekomza.ru

Физика Ethernet для самых маленьких / Habr

  • Что такое домен коллизий?
  • Сколько пар используется для Ethernet и почему?
  • По каким парам идет прием, а по каким передача?
  • Что ограничивает длину сегмента сети?
  • Почему кадр не может быть меньше определенной величины?

Если не знаешь ответов на эти вопросы, а читать стандарты и серьезную литературу по теме лень — прошу под кат.

Кто-то считает, что это очевидные вещи, другие скажут, что скучная и ненужная теория. Тем не менее на собеседованиях периодически можно услышать подобные вопросы. Мое мнение: о том, о чем ниже пойдет речь, нужно знать всем, кому приходится брать в руки «обжимку» 8P8C (этот разъем обычно ошибочно называют RJ-45). На академическую глубину не претендую, воздержусь от формул и таблиц, так же за бортом оставим линейное кодирование. Речь пойдет в основном о медных проводах, не об оптике, т.к. они шире распространены в быту.

Технология Ethernet описывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный. Дальше будем говорить только о физическом, т.е. о том, как передаются биты между двумя соседними устройствами.

Технология Ethernet — часть богатого наследия исследовательского центра Xerox PARC. Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель — разделяемая среда передачи. Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется шина. Однако если хотябы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией, а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи — доменом коллизий. Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналов в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого — фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.

Диаметр коллизионного домена и минимальный размер кадра


Теперь давайте представим, что будет, если в сети, изображенной на рисунке, узлы A и С одновременно начнут передачу, но успеют ее закончить раньше, чем примут сигнал друг друга. Это возможно, при достаточно коротком передаваемом сообщении и достаточно длинном кабеле, ведь как нам известно из школьной программы, скорость распространения любых сигналов в лучшем случае составляет C=3*108 м/с. Т.к. каждый из передающих узлов примет встречный сигнал только после того, как уже закончит передавать свое сообщение — факт того, что произошла коллизия не будет установлен ни одним из них, а значит повторной передачи кадров не будет. Зато узел B на входе получит сумму сигналов и не сможет корректно принять ни один из них. Для того, чтоб такой ситуации не произошло необходимо ограничить размер домена коллизий и минимальный размер кадра. Не трудно догадаться, что эти величины прямо пропорциональны друг другу. В случае же если объем передаваемой информации не дотягивает до минимального кадра, то его увеличивают за счет специального поля pad, название которого можно перевести как заполнитель.

Таким образом чем больше потенциальный размер сегмента сети, тем больше накладных расходов уходит на передачу порций данных маленького размера. Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.

Витая пара и дуплексный режим рабты

Витая пара в качестве среды передачи отличается от коаксиального кабеля тем, что может соединять только два узла и использует разделенные среды для передачи информации в разных направлениях. Одна пара используется для передачи (1,2 контакты, как правило оранжевый и бело-оранжевый провода) и одна пара для приема (3,6 контакты, как правило зеленый и бело-зеленый провода). На активном сетевом оборудовании наоборот. Не трудно заметить, что пропущена центральная пара контактов: 4, 5. Эту пару специально оставили свободной, если в ту же розетку вставить RJ11, то он займет как раз свободные контакты. Таким образом можно использовать один кабели и одну розетку, для LAN и, например, телефона. Пары в кабеле выбраны таким образом, чтоб свести к минимуму взаимное влияние сигналов друг на друга и улучшить качество связи. Провода одной пару свиты между собой для того, чтоб влияние внешних помех на оба провода в паре было примерно одинаковым.
Для соединения двух однотипных устройств, к примеру двух компьютеров, используется так называемый кроссовер-кабель(crossover), в котором одна пара соединяет контакты 1,2 одной стороны и 3,6 другой, а вторая наоборот: 3,6 контакты одной стороны и 1,2 другой. Это нужно для того, чтоб соединить приемник с передатчиком, если использовать прямой кабель, то получится приемник-приемник, передатчик-передатчик. Хотя сейчас это имеет значение только если работать с каким-то архаичным оборудованием, т.к. почти всё современное оборудование поддерживает Auto-MDIX — технология позволяющая интерфейсу автоматически определять на какой паре прием, а на какой передача.

Возникает вопрос: откуда берется ограничение на длину сегмента у Ethernet по витой паре, если нет разделяемой среды? Всё дело в том, первые сети построенные на витой паре использовали концентраторы. Концентратор (иначе говоря многовходовый повторитель) — устройство имеющее несколько портов Ethernet и транслирующее полученный пакет во все порты кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом если концентратор начинал принимать сигналы сразу с двух портов, то он не знал, что транслировать в остальные порты, это была коллизия. То же касалось и первых Ethernet-сетей использующих оптику (10Base-FL).

Зачем же тогда использовать 4х-парный кабель, если из 4х пар используются только две? Резонный вопрос, и вот несколько причин для того, чтобы делать это:

  • 4х-парный кабель механически более надежен чем 2х-парный.
  • 4х-парный кабель не придется менять при переходе на Gigabit Ethernet или 100BaseT4, использующие уже все 4 пары
  • Если перебита одна пара, можно вместо нее использовать свободную и не перекладывать кабель
  • Возможность использовать технологию Power over ethernet

Не смотря на это на практике часто используют 2х-парный кабель, подключают сразу 2 компьютера по одному 4х-парному, либо используют свободные пары для подключения телефона.

Gigabit Ethernet

В отличии от своих предшественников Gigabit Ethernet всегда использует для передачи одновременно все 4 пары. Причем сразу в двух направлениях. Кроме того информация кодируется не двумя уровнями как обычно (0 и 1), а четырьмя (00,01,10,11). Т.е. уровень напряжения в каждый конкретный момент кодирует не один, а сразу два бита. Это сделано для того, чтоб снизить частоту модуляции с 250 МГц до 125 МГц. Кроме того добавлен пятый уровень, для создания избыточности кода. Он делает возможной коррекцию ошибок на приеме. Такой вид кодирования называется пятиуровневым импульсно-амплитудным кодированием (PAM-5). Кроме того, для того, чтоб использовать все пары одновременно для приема и передачи сетевой адаптер вычитает из общего сигнала собственный переданный сигнал, чтоб получить сигнал переданный другой стороной. Таким образом реализуется полнодуплексный режим по одному каналу.

Дальше — больше

10 Gigabit Ethernet уже во всю используется провайдерами, но в SOHO сегменте не применяется, т.к. судя по всему там вполне хватает Gigabit Ethernet. 10GBE качестве среды распространения использует одно- и многомодовое волокно, с или без уплотнением по длине волны, медные кабели с разъемом InfiniBand а так же витую пару в стандарте 10GBASE-T или IEEE 802.3an-2006.

40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE). Разработка этих стандартов была закончена в июле 2010 года. В настоящий момент ведущие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Juniper Networks и Huawei уже заняты разработкой и выпуском первых маршрутизаторов поддерживающих эти технологии.

В заключении стоит упомянуть о перспективной технологии Terabit Ethernet. Боб Меткалф, создатель предположил, что технология будет разработана к 2015 году, и так же сказал:

Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое

UPD: Спасибо хабраюзеру Nickel3000, что подсказал, про то что разъем, который я всю жизнь называл RJ45 на самом деле 8P8C.
UPD2:: Спасибо пользователю Wott, что объяснил, почему используются контакты 1,2,3 и 6.

habr.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о