Тема Сетевой кабель физи­ческая среда передачи. Беспро­водные сети Тип лекции: текущая План

Вид материала

Лекции

Содержание Подключение тонкого коаксиального кабеля к компьютеру Правила построения сетей на основе тонкого коаксиального кабеля 3. Оптоволоконный кабель Строение оптоволоконного кабеля 4. Беспроводные сети Стандарт IEEE 802.11 Инфракрасное излучение. Радиопередача в узком спектре (одночастотная передача) Радиопередача в рассеянном спектре. Расширенные локальные сети. Мобильные сети. Пакетное радиосоединение. Сотовые сети.

Подобный материал:

• Каналы передачи данных и их характеристики, 58.34kb.
• Тема 19. Каротажные кабели нет смысла добиваться точности там, где неизвестно, о чем, 262.78kb.
• Лекция №4 Тема лекции : «Компьютерные сети», 201.98kb.
• Настройка маршрутизатора dlink dir-300 для работы в сети «Вэб Плас» по технологии ftth, 48.55kb.
• Анализ возможности использования алгоритмов пакетной передачи речи в сетях передачи, 660.9kb.
• Лекция 14, 156.92kb.
• Ун-т «Дубна». Курс «Компьютерные сети», 488.73kb.
• Введение в предмет основы телекоммуникационного бизнеса, 31.52kb.
• Лекция 10. Структуризация локальной сети Физическая структуризация локальной сети., 126.08kb.
• План-конспект урока компьютерные сети (Тема урока), 49.05kb.

Тема Сетевой кабель - физи­ческая среда передачи. Беспро­водные сети

Тип лекции: текущая

План:

1. Коаксиальный кабель
   
2. Витая пара
   
3. Оптоволоконный кабель
   
4. Беспроводные сети
   

1. Коаксиальный кабель

Самый простой коаксиальный кабель состоит (рисунок 17) из медной жилы (core), изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки. Если кабель, кроме металлической оплетки, имеет и слой фольги, он называется кабелем с двойной экранизацией. При наличии сильных помех можно воспользоваться кабелем с учетверенной экранизацией. Он состоит из двойного слоя фольги и двойного слоя металлической оплетки.



Рисунок 1 – Структура коаксиального кабеля

Некоторые типы кабелей покрывает металлическая сетка - экран (shield). Он защищает передаваемые по кабелю данные, поглощая внешние электромагнитные сигналы, называемые помехами или шумом. Таким образом, экран не позволяет помехам исказить данные.

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

Жила окружена изоляционным слоем, который отделяет ее от металлической оплетки. Оплетка играет роль заземления и защищает жилу от электрических шумов (noise) и перекрестных помех (crosstalk). Перекрестные помехи - это электрические наводки, вызванные сигналами в соседних проводах.

Проводящая жила и металлическая оплетка не должны соприкасаться, иначе произойдет короткое замыкание, помехи проникнут в жилу, и данные разрушатся.

Снаружи кабель покрыт непроводящим слоем - из резины, тефлона или пластика.

Коаксиальный кабель более помехоустойчив, затухание сигнала в нем меньше, чем в витой паре. Затухание (attenuation) - это уменьшение величины сигнала при его перемещении по кабелю.

Тонкий коаксиальный кабель - гибкий кабель диаметром около 0,5 см (около 0,25 дюймов). Он прост в применении и годится практически для любого типа сети. Подключается непосредственно к платам сетевого адаптера компьютеров (рисунок 2).

Подключение тонкого коаксиального кабеля к компьютеру



Рисунок 2 - Подключение тонкого коаксиального кабеля к компьютеру

Тонкий (thin) коаксиальный кабель способен передавать сигнал на расстояние до 185 м (около 607 футов) без его заметного искажения, вызванного затуханием.

Производители оборудования выработали специальную маркировку для различных типов кабелей. Тонкий коаксиальный кабель относится к группе, которая называется семейством RG-58, его волновое сопротивление равно 50 Ом. Волновое сопротивление (impedance) - это сопротивление переменному току, выраженное в омах. Основная отличительная особенность этого семейства - медная жила. Она может быть сплошной или состоять из нескольких переплетенных проводов (рисунок 3).




Рисунок 3 - Жила - переплетенные провода или сплошной медный провод



Рисунок 4 - BNC – коннекторы

Для подключения используются специальные устройства – BNC – коннекторы (рисунок 4):

1. 
   BNC – коннектор (припаивается, либо обжимается на конце кабеля).
   
2. BNC T – коннектор – соединяет тонкий коаксиальный кабель с сетевой платой.
   
3. BNC I – коннектор (баррел-коннектор) – применяется для сращивания двух отрезков кабеля.
   
4. К семейству BNC – коннекторов относится устройство “терминатор” (рисунок 5) – поглощает блуждающие сигналы на конце коаксиального кабеля.
   

Рисунок 5 – Терминатор

Репитер (рисунок 6) предназначен для увеличения расстояния сетевого соединения путём повторения электрического сигнала «один в один».




Рисунок 6- Репитер


Правила построения сетей на основе тонкого коаксиального кабеля:

1. сеть стандарта 10Base-5 может состоять максимум из пяти магистральных сегментов.
   
2. сегменты сети соединяются между собой репитерами (максимум 4).
   
3. компьютеры могут быть подключены только к трем сегментам магистрального кабеля. Два сегмента служат для увеличения диаметра ЛВС.
   
4. подключение компьютеров осуществляется с помощью Т-коннекторов.
   
5. максимальная длина сегмента - 185 м.
   
6. применяемый кабель - RG-58 (волновое сопротивление 50 ом).
   
7. на концах кабельного сегмента должны быть установлены терминаторы.
   
8. максимальное количество компьютеров на кабельном сегменте - 30 (учитывая подключенные к кабелю, но не задействованные Т-коннекторы).
   
9. максимальное количество компьютеров на всех сегментах сети - 1024.
   
10. минимальная длина кабельного сегмента - 0.5 м.
    
11. максимальная общая длина сети - 925 м.
    

Толстый (thick) коаксиальный кабель - относительно жесткий кабель с диаметром около 1 см (около 0,5 дюймов). Иногда его называют "стандартный Ethernet", поскольку он был первым типом кабеля, применяемым в Ethernet - популярной сетевой архитектуре. Медная жила этого кабеля толще, чем у тонкого коаксиального кабеля (рисунок 7).




Рисунок 7 - Жила толстого коаксиального кабеля в сравнении с тонким

Чем толще жила у кабеля, тем большее расстояние способен преодолеть сигнал. Следовательно, толстый коаксиальный кабель передает сигналы дальше, чем тонкий, - до 500 м (около 1 640 футов). Поэтому толстый коаксиальный кабель иногда используют в качестве основного кабеля [магистрали (backbone)], который соединяет несколько небольших сетей, построенных на тонком коаксиальном кабеле.

Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяют специальное устройство - трансивер (transceiver) (рисунок 8).



Рисунок 8 - Подключение трансивера к толстому коаксиальному кабелю

Трансивер снабжен специальным коннектором, который назван весьма впечатляюще - "зуб вампира" (vampire tap) или "пронзающий ответвитель" (piercing tap). Этот "зуб" проникает через изоляционный слой и вступает в непосредственный физический контакт с проводящей жилой. Чтобы подключить трансивер к сетевому адаптеру, надо кабель трансивера подключить к коннектору AUI-порта сетевой платы. Этот коннектор известен также как DIX-коннектор (Digital Intel XeroxR), в соответствии с названиями фирм-разработчиков, или коннектор DB-15.

Правила построение сетей на основе толстого коаксиального кабеля:

1. сеть стандарта 10Base-5 может состоять максимум из пяти магистральных сегментов.
   
2. сегменты сети соединяются между собой репитерами. Их максимальное количество - 4.
   
3. компьютеры могут быть подключены только к трем сегментам магистрального кабеля.
   
4. максимальная длина сегмента - 500 м (длины кабелей трансиверов не учитываются).
   
5. на концах кабельного сегмента должны быть установлены терминаторы.
   
6. подключение компьютеров к магистральному кабелю осуществляется с помощью трансивера.
   
7. максимальное расстояние между компьютером и трансивером - 50 м.
   
8. минимальное расстояние между трансиверами - 2,5 м.
   
9. максимальное количество компьютеров на кабельном сегменте - 100.
   
10. максимальное количество компьютеров на всех сегментах сети - 1024.
    
11. максимальная общая длина сети - 2500 м.
    

2. Витая пара

Кабель из витой (скрученной пары) пары (рисунок 8) является на сегодняшний день стандартом для ЛВС. По сравнению с коаксиальным кабелем он проще в прокладке, подходит для большого количества различных предметных областей и обеспечивает намного лучшую производительность.



Рисунок 8 – Витая пара

В отличие от коаксиального кабеля, который имеет только один проводник, переносящий сигнал, и "землю", кабели на основе витой пары (ТР, twisted pair), применяемые в структурированных кабельных сетях, имеют до четырех пар изолированных медных проводов в одной металлической оплетке или без нее (различают неэкранированный [UTP] и экранированный [STP] кабели). Каждая пара проводов для защиты от переходного затухания, вызванного электромагнитными помехами от соседних пар и внешних источников, скручивается с различным шагом - количеством витков на дюйм.

Для обозначения диаметра провода часто применяется американская мера - AWG (American Wire Gauge) (gauge-калибр, диаметр). Нормальный провод для использования в 10Base-T соответствует 22 или 24 AWG (0,51 мм). Причем чем меньше диаметр провода, тем больше эта величина. Согласно стандартам, провод делится на несколько категорий по своей "пропускной способности" (таблица 2).

Таблица 2 – Категории витой пары

Тип провода	Область применения
Category 1 (Cat.1)	Используется для телефонных коммуникаций и не подходит для передачи данных
Cat.2	Используется для передачи данных со скорость до 4 Мбит в секунду (Mbps) включительно.
Cat.3	Используется для передачи данных со скорость до 10 Мбит в секунду (Mbps) включительно. Применяется в сетях 10Base-T
Cat.4	Используется для передачи данных со скорость до 16 Мбит в секунду (Mbps) включительно. Применяется в сетях Token Ring
Cat.5	Используется для передачи данных со скорость до 100 Мбит в секунду (Mbps) включительно. Применяется в сетях 100Base-TX и других, требующих такую скорость.

Рисунок 9 - Неэкранированная витая пара (UTP)

Большинство офисных сетей Ethernet построены на UTP. Кабель UTP использует медные проводники диаметром 22 или 24 по шкале AWG.

Кабель разделяется на пять категорий (таблица 3). Чем выше категория кабеля, тем более эффективно он может передавать данные. Основное отличие между категориями кабеля заключается в количестве витков каждой пары проводов. В табл. перечислены категории, определенные в стандарте T568-А, их скоростные характеристики и области применения.

Таблица 3 – Категории неэкранированной витой пары

Категория	Полоса частот	Применение
1	до 0 МГц	Телефон; POTS (Plain Old Telephone System, услуги традиционной телефонии); системы сигнализации
2	до 1 МГц	Телефон; миникомпьютеры IBM и терминалы; ARCNET; LocalTalk
3	до 16 МГц	Телефон; 10BaseT Ethernet; 4 Мбит/с Token Ring; 100BaseT4; 100VG-AnyLan
4	до 20 МГц	16 Мбит/с Toking Ring
5	до 110 Мгц	OC-3 (ATM); SONet

Кабель категории 3 традиционно используется в телефонии, также он пригоден для сетей Ethernet 10BaseT, которые функционируют на скорости 10 Мбит/с. Кабель категории 4 обеспечивает незначительное увеличение производительности по сравнению с категорией 3, и одно время поддерживался сетями Token Ring. Большинство современных UTP-сетей построены на кабеле категории 5, так как он обеспечивает значительный прирост быстродействия и поддерживает передачу с частотой до 100 МГц. Даже если на настоящий момент сеть использует 10BaseT, большинство администраторов предпочитают кабель категории 5, предвидя будущий переход на Fast Ethernet или другую высокоскоростную технологию.




Рисунок 10 - Экранированная витая пара (STP)

STP (рисунок 10) - это кабель с сопротивлением переменному электрическому току 150 Ом, поддерживающий дополнительное экранирование, которое защищает сигналы от электромагнитных помех, вызываемых электрическими двигателями, электропроводкой и другими источниками. Изначально применяемый в сетях Token Ring, STP также предназначен для прокладки в тех местах, где кабель UTP не может обеспечить достаточной помехозащищенности.

Защита от электромагнитных помех в кабеле STP может осуществляться экранами двух типов: фольгой или металлической сеткой. Металлическая сетка - более эффективный экран, но она увеличивает вес, диаметр и стоимость кабеля. Кабель, экранированный фольгой, иногда называется загороженной витой парой(ScTP, sctrrnrd twisted-pair) или фольгтрованной витой парой (FTP, foil twisted-pair). Он тоньше, легче и дешевле, но вместе с тем менее эффективен, и его легче повредить. В обоих случаях процесс монтажа STP сложнее по сравнению с UTP, так как надо стараться не перегнуть кабель слишком сильно, чтобы избежать повреждения экрана.

Согласно стандарту кабель STP делится на несколько типов:

Туре 1А. Две пары проводов 22 AWG, каждая из которых завернута в фольгу, с экранирующим слоем (фольги или металлической сетки) вокруг обеих пар и внешней защитной оболочкой из поливинилхлорида (PVC) или тефлона.

Туре 2А. Две пары проводов 22AWG, по отдельности завернутых в фольгу, с экранирующим слоем (фольги или металлической сетки) вокруг обеих пар плюс четыре дополнительные пары проводов 26 AWG для передачи речи. Все это внутри поливинилхлоридной или тефлоновой оболочки.

Туре 6А. Две витые пары 22 AWG с экраном из фольги или сетки вокруг обеих пар и внешней изоляцией РVС или в пленумном исполнении (тефлона).

Туре 9А. Две витые пары 26 AWG с экраном из фольги или сетки вокруг обеих пар и внешней PVC или тефлоновой оболочкой.


3. Оптоволоконный кабель

Оптоволоконный кабель разительно отличается от всех видов кабеля, рассмотренных ранее в этой главе, так как перенос электрических сигналов по медным проводникам в нем не используется. Вместо этого для передачи двоичных данных применяются световые импульсы. В силу того, что оптоволоконный кабель использует свет (фотоны) вместо электричества, почти все проблемы, присущие медному кабелю, такие как электромагнитные помехи, перекрестные помехи (переходное затухание) и необходимость заземления, полностью устраняются. Вдобавок, чрезвычайно уменьшается погонное затухание, позволяя протягивать оптоволоконные связи без регенерации сигналов на много большие дистанции, достигающие 120 км.

Оптоволоконный кабель идеально подходит для создания сетевых магистралей, и в особенности для соединения между зданиями, так как он нечувствителен к влажности и другим внешним условиям. Также он обеспечивает повышенную по сравнению с медью секретность передаваемых данных, поскольку не испускает электромагнитного излучения, и к нему практически невозможно подключиться без разрушения целостности.

Недостатки оптоволокна в основном связаны со стоимостью его прокладки и эксплуатации, которые обычно намного выше, чем для медной среды передачи данных. Как и медный, оптоволоконный кабель обычно применяется в сетях топологии "шина" или "звезда".


Строение оптоволоконного кабеля

Оптоволоконный кабель (рисунок 11) состоит из сердечника, сделанного из стекла (кварца) или полимера, оболочки, окружающей сердечник, затем следует слой пластиковой прокладки и волокна из кевлара для придания прочности. Вся эта структура помещена внутрь тефлоновой или поливинилхлоридной "рубашки". Геометрия и свойства сердцевины и оболочки дают возможность передавать сигнал на относительно большие расстояния. Показатель преломления сердечника немного выше, чем у оболочки, что делает внутреннюю поверхность оболочки отражающей. Когда световой импульс передается по сердечнику, он отражается от оболочки и распространяется дальше. Отражение света позволяет изгибать кабель под разными углами, при этом сигнал может по-прежнему передаваться без потерь.




Рисунок 11 – Строение оптоволоконного кабеля


1 - сердечник

2 - отражающая оболочка

3 - покрытие первичного буфера

4 - покрытие вторичного буфера


Существует два типа оптоволоконного кабеля: одномодовый (singlemode) и многомодовый (miltitmode). Основное отличие между ними заключается в толщине сердечника и оболочки. Одномодовый световод обычно имеет толщину порядка 8,3/125 микрон, а многомодовое волокно - 62,5/125 микрон. Эти значения соответствуют диаметру сердечника и диаметру вместе взятых сердечника и оболочки. Световой луч, распространяющийся по сравнительно тонкому сердечнику одномодового кабеля, отражается от оболочки не так часто, как это происходит в более толстом сердечнике многомодового кабеля. Сигнал, передаваемый одномодовым кабелем, генерируется лазером, и представляет собой волну только одной длины, в то время как многомодовые сигналы, генерируемые светодиодом (LED, 1ight-emitting diode), переносят волны различной длины. Эти качества позволяют одномодовому кабелю функционировать с большей пропускной способностью по сравнению с многомодовым и преодолевать расстояния в 50 раз длиннее.

С другой стороны, одномодовый кабель намного дороже и имеет сравнительно большой радиус изгиба по сравнению с многомодовым, что делает работу с ним неудобной. Большинство оптоволоконных сетей используют многомодовый кабель, который хотя и уступает по производительности одномодовому, но зато значительно эффективней, чем медный. Телефонные компании и кабельное телевидение, тем не менее, стремятся применять одномодовый кабель, так как он может передавать большее количество данных и на более длинные дистанции.

Обычно для оптоволоконного кабеля используются ST-коннекторы (straight tip, прямой штырь) (рисунок 12). Это - бочкообразные соединители с байонетной системой крепления.



Рисунок 12 - ST-коннекторы


В настоящее время он приобретает все большую популярность. SC-коннекторы имеют прямоугольную форму и вставляются в гнездо, где просто фиксируются (метод "Push-Pull") защелкой (рисунок 13).




Рисунок 13 - SC-коннекторы


4. Беспроводные сети

Беспроводные компьютерные сети – это технология, позволяющая создавать вычислительные сети, полностью соответствующие стандартам для обычных проводных сетей (например, Ethernet), без использования кабельной проводки. В качестве носителя информации в таких сетях выступают радиоволны СВЧ-диапазона.

Беспроводные сети используются там, где кабельная проводка затруднена или невозможна. Сеть, развернутая в соответствии со стандартом “RadioEthernet”, представляет собой аналог обычной кабельной сети Ethernet с коллизионным механизмом доступа к среде передачи данных. Разница состоит только в характере этой среды. Radio Ethernet полностью обеспечивает все потребности беспроводной передачи данных внутри помещений.

При наружном применении RadioEthernet очень удобно использовать сети на “последней миле” взамен кабельной, то есть – для соединения между абонентом и ближайшим узлом опорной сети. При этом реальная протяженность “последней мили” может быть от нескольких сотен метров до 20-30 км и ограничена лишь наличием прямой видимости.

Стандарт IEEE 802.11

Стандарт IEEE 802.11, разработка которого была завершена в 1997 г., является базовым стандартом и определяет протоколы.

Беспроводные локальные сети используют четыре способа передачи данных: инфракрасное излучение, лазер, радиопередачу в узком спектре (одночастотная передача), радиопередачу в рассеянном спектре.

Инфракрасное излучение.

Все инфракрасные беспроводные сети используют для передачи данных инфракрас­ные лучи. Этот способ позволяет передавать сигналы с большой скоростью, поскольку ин­фракрасный свет имеет широкий диапазон частот. Инфракрасные сети способны нор­мально функционировать на скорости 10 Мбит/с.

Лазер.

Лазерная технология похожа на инфракрасную тем, что требует прямой видимости между передатчиком и приемником. Если по каким-либо причинам луч будет прерван, это прервет и передачу.

Радиопередача в узком спектре (одночастотная передача)

Этот способ напоминает вещание обыкновенной радиостанции. Пользователи настраивают передатчики и приемники на определенную частоту. При этом прямая видимость необязательна, площадь вещания составляет около 46 500 м² .

Сигнал высокой частоты, который используется, не проникает через ме­таллические или железобетонные преграды.

Радиопередача в рассеянном спектре.

При этом способе сигналы передаются в некоторой полосе частот, что позволяет избежать проблем связи, присущих одночастотной передаче.

Доступные частоты разделены на каналы, или интервалы. Адаптеры в течение предопределенного промежутка времени настроены на установленный интервал, пос­ле чего переключаются на другой интервал. Переключение всех компьютеров в сети происходит синхронно.

Чтобы защитить данные от несанкционированного доступа, применяют коди­рование.

Скорость передачи в 250 Кбит/с (килобит в секунду) относит данный способ к разряду самых медленных. Но есть сети, построенные на его основе, которые передают данные со скоростью до 2 Мбит/с на расстояние до 3,2 км — на открытом простран­стве и до 120 м — внутри здания.

Расширенные локальные сети.

Некоторые типы беспроводных компонентов способны функционировать в расши­ренных локальных вычислительных сетях так же, как их аналоги - в кабельных сетях. Беспроводной мост, например, соединяет сети, находящиеся друг от друга на рассто­янии до трех миль.

Компонент, называемый беспроводным мостом, помогает установить связь между зданиями без участия кабеля. Расстояние между ними, в зависимости от условий, может достигать 5 км.

Если расстояние, которое «покрывает» беспроводной мост, недостаточно, можно установить мост дальнего действия.


Мобильные сети.

В беспроводных мобильных сетях в качестве среды передачи выступают телефонные системы и общественные службы. При этом используются:

1. пакетное радиосоединение;
   
2. сотовые сети;
   
3. спутниковые станции.
   

Для подключения переносных компьютеров к основной сети применяют беспроводные адаптеры, использующие технологию сотовой связи. Небольшие антенны, установленные на переносных компьютерах, связывают их с окружающим радиоретрансляторами.


Пакетное радиосоединение.

При пакетном радиосоединении данные разбиваются на пакеты (подобные сетевым пакетам), в которых содержится следующая информация:

1. адрес источника;
   
2. адрес приемника;
   
3. информация для коррекции ошибок.
   

Пакеты передаются на спутник, который транслирует их в широковещательном режиме. Затем устройства с соответствующим адресом принимают эти пакеты.


Сотовые сети.

Сотовые цифровые пакеты данных используют ту же технологию, что и сотовые телефоны. Они передают данные по существующим для передачи речи сетям в те моменты, когда эти сети не заняты. Это очень быстрая технология связи с задержкой в доли секунды, что делает ее вполне приемлемой для передачи в реальном масштабе времени.


Контрольные вопросы:

1. Как устроен коаксиальный кабель?
   
2. Как происходит подключение тонкого коаксиального кабеля к компьютеру?
   
3. Что такое BNC-коннектор?
   
4. Для чего используется терминатор, репитеры?
   
5. Чем отличается толстый коаксиальный кабель от тонкого?
   
6. Что такое трансивер?
   
7. Витая пара: экранированная и неэкранированная – отличительные особенности
   
8. Назовите основные компоненты оптоволоконного кабеля
   
9. Назовите типы оптоволоконного кабеля
   
10. В качестве какой среды выступают беспроводные сети?
    
11. Назовите стандарт, который явился базовым для беспроводных сетей
    
12. Какие способы передачи данных используются в беспроводных сетях?
    
13. Перечислите, какие среды передачи выступают в беспроводных мобильных сетях?
    
14. Поясните, каким образом используется пакетное соединение, сотовые сети, спутниковые станции в мобильных сетях?