Тест. Кабели, используемые в сетях
 Скачать 0.5 Mb.
|
|
С е т е в ы е т е х н о л о г и и : КАБЕЛИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В СЕТЯХ Кабели: основные понятия .........................................................................................................1 Классификация кабелей .........................................................................................................2 Материал проводников ...........................................................................................................2 Материал оболочки.................................................................................................................2 Кабели, применяемые в компьютерных сетях..........................................................................2 Виды сетевых кабелей ...............................................................................................................4 1. Витая пара ...............................................................................................................................4 Категории кабеля ....................................................................................................................6 Схемы обжимки .......................................................................................................................6 Применение .............................................................................................................................8 Прокладка ................................................................................................................................8 2. .............................................................................................................8 Коаксиальные кабели 3. Волоконно-оптический кабель ...............................................................................................8 Для справки: о ........................................................................................................11 птоволокно Кабели: основные понятия Кабель (нидерл. kabel) - один или несколько изолированных друг от друга проводников (жил), заключённых в оболочку. Оконцовка медного многожильного шнура в ПВХ изоляции Кабель информационный магистральный подземный 1 Плоский кабель, предназначен для подключения 2 Классификация кабелей Кабели применяются для передачи электрической энергии (силовые кабели), для проводной связи и сигнализации (кабели связи), для передачи энергии и сигналов на радиочастотах (ра- диочастотные кабели) и в оптическом диапазоне (оптические кабели). Стандарт ISO 11801 2002 детально описывает классификацию кабелей. Зачастую «кабель» применяется как синоним слову «провод». Материал проводников Проводники в кабелях изготавливаются из следующих материалов: • для передачи электрической энергии и сигналов: o алюминий, o медь, o серебро, o золото, o сплавов различных металлов; • для передачи оптических сигналов: o стекло, o пластмассы. Материал оболочки Оболочка кабеля может состоять из одного и более герметезирующих и армирующих слоёв, в качестве этих слоёв могут применяться различные материалы: ткань, пластмассы, металл, рези- на и проч. Кабели, применяемые в компьютерных сетях Еще сравнительно недавно с подключением к Интернету особого выбора не было - поку- паешь модем, карточки и подключаешься. Сейчас для подключения к сети Интернет, наряду с подключением по телефонной линии с помощью модемов, поставщики услуг стали использо- вать альтернативные методы подключения по локальным сетям. Одной из основных характери- стик, отличающих эти способы, является то, какой вид кабеля обеспечивает доступ в Интернет. В этой статье я попробую рассказать о том, что такое локальная сеть, как она строится, и чем отличаются одни кабели от других. Это поможет, выбирая способ подключения, точнее оп- ределить преимущества и недостатки разных способов подключения. Локальная вычислительная сеть (ЛВС) - это коммуникационная система, позволяющая совместно использовать ресурсы компьютеров, которые в данный момент подключены к сети. Для того чтобы состоять в сети, каждый входящий в нее компьютер должен иметь: - сетевую карту (сетевой адаптер); - сетевой кабель; - операционную систему, которая поддерживает работу в сети (например, Windows, Linux и т.п.). Сетевые карты и сетевые кабели - основная часть сетевого оборудования. Большинство неполадок при работе в сети происходит по их вине, как правило, вследст- вие нарушения элементарных правил эксплуатации их пользователями. Поэтому стоит обра- щать особое внимание на их качество. На каждом компьютере, состоящем в сети, должен быть установлен сетевой адаптер. И адаптер, и кабель должны соответствовать выбранному типу сети. Задача сетевого адаптера - передача и прием сетевых сигналов из кабеля. Адаптер воспри- нимает команды и данные от сетевой операционной системы, преобразует эту информацию в один из стандартных форматов и передает ее в сеть через подключенный к адаптеру кабель. Кабель состоит из проводников, слоев экрана и изоляции. Также в состав кабеля входят разъемы для подключения его к сетевому оборудованию. Для удобства быстрого переподклю- 3 чения кабелей и сетевого оборудования используются разные электромеханические устройства, называемые кроссовыми коробками или шкафами. В компьютерных сетях применяются кабели, которые удовлетворяют определенным стан- дартам. Это позволяет строить сеть из кабелей и соединительных устройств разных производи- телей, а не мучиться подбором всех компонентов одного производителя. Современные стандар- ты определяют характеристику не отдельно кабеля, а полного набора составляющих, которые нужны для создания кабельного элемента (например, соединительного шнура от рабочей стан- ции до розетки, самой розетки, основного кабеля, жесткого кроссового соединения и шнура до сетевого концентратора). Наиболее употребительные стандарты на сегодняшний момент - американский стандарт EIA/TIA-568A, международный стандарт ISO/IEC 11801, европейский стандарт EN50173 и фирменный стандарт компании IBM. Стандарты определены для 4-х типов кабелей: - на основе неэкранированной витой пары, - экранированной витой пары, - коаксиального, - волоконно-оптического кабелей. Характеристики кабелей. В стандартах непосредственно кабелей оговаривается доста- точно много характеристик, из которых ниже перечисляются самые главные: - Затухание (Attenuation). Затухание измеряется в децибелах на метр для определенной часто- ты или диапазона частот сигнала. - Перекрестные наводки на ближнем конце (Near End Cross Talk NEXT). Измеряется в деци- белах на метр для определенной частоты сигнала. - Импеданс (волновое сопротивление). Это полное (реактивное и активное) сопротивление в электрической цепи. Импеданс измеряется в омах. Это относительно постоянная величина для кабельных систем. Для коаксиального кабеля, используемого в стандарте Ethernet, импеданс должен составлять 50 Ом. Для неэкранированной витой пары наиболее часто используемое зна- чение импеданса 100 и 120 Ом. - Активное сопротивление. Это сопротивление постоянному току в электрической цепи. Оно не зависит от частоты, в отличие от импеданса, а увеличивается с увеличением длины кабеля. - Емкость - свойство металлических проводников накапливать энергию. Два металлических проводника в кабеле, разъединенные диэлектриком, представляют из себя конденсатор, кото- рый способен накапливать заряд. Эта паразитная ёмкость - величина нежелательная, и поэтому стараются, чтобы она была как можно меньше. Чем больше ее значение в кабеле, тем сильнее искажение сигнала и меньше полоса пропускания данного кабеля. Чем больше частота сигнала и больше емкость кабеля, тем меньше сопротивление для тока при данном напряжении. - Уровень защиты от внешнего электромагнитного излучения. Его еще называют электри- ческим шумом. Представляет собой появление наводки нежелательного переменного напряже- ния в проводнике. Электрический шум бывает фоновый и импульсный, а также низко-, средне- и высокочастотный. Измеряется в милливольтах. Источниками фонового электрического шума в диапазоне до 150 кГц выступают линии электропередачи, лампы дневного света и телефоны. В диапазоне от 150 кГц до 20 МГц электрический шум создает оргтехника: компьютеры, прин- теры, ксероксы. В диапазоне от 20 МГц до 1 ГГц - телевизионные и радиопередатчики, СВЧ- печи. Импульсный электрический шум создают электродвигатели, переключатели и сварочные аппараты. - Диаметр. Площадь поперечного сечения проводника. Для кабелей с медным проводником достаточно общеупотребительна американская система AWG (American Wire Gauge), вводящая условные типы проводников, например 22AWG, 24 AWG, 26 AWG. Чем выше номер типа про- водника, тем меньше его диаметр. В вычислительных сетях чаще всего применяются вышеука- занные примеры проводников. В международных и европейских стандартах диаметр проводни- ка указывается в миллиметрах. Конечно, перечисленные здесь параметры далеко не все, которые применимы к различ- ным видам кабелей. Кроме электромагнитных характеристик, представленных здесь, кабели имеют механические и конструктивные характеристики, которые определяют тип его изоляции, тип разъема и т.п. Также у каждого типа кабеля есть своя индивидуальная характеристика, на- пример такой параметр, как шаг скрутки проводов, используется только для характеристики витой пары, а параметр NEXT применяется к многожильным кабелям на основе витой пары. Волоконно-оптические кабели различаются по размеру несущего волокна и оболочки - слоя стекла, отражающего свет. Кроме того, кабели различают по режиму передачи: одномодовые и многомодовые, а также по используемой длине волны (850-1550 нс) и применяемым источни- кам света (лазеры или светодиоды - LED). Основными в современных стандартах кабелями являются кабели на основе витой пары и оптоволокна, также достаточно широко используется коаксиальный кабель. Виды кабелей, применяемых в сетях 1. Витая пара Витая пара (англ. twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), для уменьшения взаимных наводок при передаче сигнала, и покрытых пласти- ковой оболочкой. Один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве сетевого носителя во многих технологиях, таких как Ethernet, ARCNet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в установке, является самым распро- странённым для построения локальных сетей. Витая пара категории 6 (между парами виден разделительный корд) В зависимости от наличия защиты — электрически заземлённой медной оплетки или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар, определяют разновидности данной технологии: • неэкранированная витая пара (UTP — Unshielded twisted pair) • экранированная витая пара (STP — Shielded twisted pair) • фольгированная витая пара (FTP — Foiled twisted pair) • фольгированная экранированная витая пара (SFTP — Shielded Foiled twisted pair) В некоторых типах экранированного кабеля защита может использоваться ещё и вокруг каждой пары, индивидуальное экранирование. Экранирование обеспечивает лучшую защиту от электромагнитных наводок как внешних, так и внутренних, и т. д. Экран по всей длине соеди- нен с неизолированным дренажным проводом, который объединяет экран в случае разделения на секции при излишнем изгибе или растяжении кабеля. В дополнение к этому кабель применяется одно- и многожильный. В первом случае каж- дый провод состоит из одной медной жилы, а во втором - из нескольких. 4 5 Одножильный кабель не предполагает прямых контактов с подключаемой периферией. То есть, как правило, его применяют для прокладки в коробах, стенах и т.д. с последующим оконе- чиванием розетками. Связано это с тем, что медные жилы довольно толсты и при частых изги- бах быстро ломаются. Однако для "врезания" в разъемы панелей розеток такие жилы подходят как нельзя лучше. В свою очередь многожильный кабель плохо переносит "врезание" в разъемы панелей ро- зеток (тонкие жилы разрезаются), но замечательно ведет себя при изгибах и скручиваниях. По- этому многожильный кабель используют в основном для изготовления патчкордов (PatchCord), соединяющих периферию с розетками. Кроме того, многожильный провод оказывает меньшее сопротивление высокочастотному сигналу (Скин-эффект). Кабели на основе витой пары медные неэкранированные делятся по своим электромеха- ническим свойствам на 5 категорий. Кабель категории 1 применяется в случаях, где требования к скорости передачи данных минимальны. Обычно он применяется для аналоговой и цифровой передачи голоса и низкоско- ростной передачи данных. Кабель категории 2 впервые был использован фирмой IBM для построения собственной кабельной системы. Основное требование к этому виду кабеля - передача сигналов со спектром 1 МГц. Кабель категории 3 стандартизирован в 1991 году. Тогда был разработан Стандарт теле- коммуникационных кабельных систем для коммерческих зданий (EIA-568), впоследствии на его основе создан стандарт EIA-568A. Этот стандарт определил электрические характеристики кабелей категории 3 для частоты 16 МГц, что обеспечивает работу данного кабеля с высокоско- ростными сетевыми приложениями. Кабель категории 3 предназначен как для передачи дан- ных, так и для передачи голоса. Шаг скрутки проводов равен три витка на 30,5 см. На основе этого кабеля построено большинство кабельных систем офисных зданий, по которым осущест- вляется передача голоса и данных. Кабель категории 4 - это улучшенный вариант предыдущей категории. Этот кабель дол- жен выдерживать тесты на частоте передачи сигнала 20 МГц, при этом обеспечивать хорошую помехоустойчивость и низкие потери сигнала. Эта категория хорошо подходит для систем с увеличенным до 135 метров расстоянием, а также в сетях Token Ring с пропускной способно- стью 16 Мбит/с. Однако на практике почти не используется. Кабель категории 5 специально разработан для поддержки высокоскоростных протоко- лов. Их характеристики определяются в диапазоне до 100 МГц. На кабель категории 5 ориенти- рованно большинство высокоскоростных стандартов. С ним работают протоколы со скоростью передачи данных 100 Мбит/с FDDI с физическим стандартом TP-PMD, Fast Ethernet, 100VG- AnyLAN и более скоростные протоколы АТМ со скоростью 155 Мбит/с , а также вариант Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с. Вариант Gigabit Ethernet на основе витой пары с ис- пользованием 4-жильного кабеля UTP стал стандартом в 1999 году. Кабель категории 5 пришел на смену третьей категории, и в настоящее время кабельные системы крупных зданий строятся на этом типе кабеля в сочетании с волоконно-оптическим. Кабели UTP выпускаются в 2- и 4-парном исполнении. Каждая пара такого кабеля имеет свой шаг скрутки и определенный цвет. В 4-парном исполнении две пары предназначены для передачи данных и еще две для передачи голоса. Для соединения кабелей используются розетки и вилки RJ-45, которые представляют со- бой восьмиконтактные разъемы и внешне похожи на телефонные разъемы. Отдельно в категории кабелей на основе витой пары стоят кабели категории 6 и 7. Для ка- беля категории 6 характеристики определяются до частоты 200 МГц, а для категории 7 - 600 МГц. Кабели категории 7 обязательно экранируются, причем как каждая пара в отдельности, так и весь кабель в целом. Кабель категории 6 может быть как экранируемым, так и нет. 6 Основное назначение этого кабеля - поддержка высокоскоростных протоколов на отрез- ках кабеля большей длины, чем UTP-кабель категории 5, максимальная длина сегмента которо- го не должна превышать 100 метров. Кабель категории 7 вряд ли целесообразен к применению: стоимость сети на его основе близка к стоимости сети на оптоволокне, а характеристики опто- волоконных кабелей выше. Поэтому, вероятно, в ближайшем будущем он постепенно уйдет, оставшись только в истории развития кабелей. Кабели на основе экранированной витой пары STP хорошо защищают от внешних помех передаваемые сигналы. Заземляемый экран, использующийся в этом типе кабеля, усложняет прокладку, так как требует качественного заземления и удорожает сам кабель. Экранированный кабель применяется только для передачи данных. Основной стандарт, определяющий параметры экранированной витой пары, это фирмен- ный стандарт IBM. В этом стандарте кабели делятся не на категории, а на типы (Type 1-type 9). Из них основной - это кабель Type 1. Он состоит из двух пар проводов и экранирующей прово- дящей оплетки, которая заземляется. Кабель STP Type 1 включен в международные стандарты. Экранированные пары используются также в кабеле Type 2 . Этот кабель аналогичен Type1, c добавленными в него двумя парами неэкранированных проводов для передачи голоса. К оборудованию эти кабели подключаются с помощью разъемов конструкции IBM. Не все кабели стандарта IBM экранированные. Например, Type 3 определяет характери- стики неэкранированного телефонного кабеля, а Type 5 - оптоволоконного. Категории кабеля Существует несколько категорий кабеля витая пара, которые нумеруются от CAT1 до CAT7 и определяют эффективный про- пускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины. Категории неэкранированной витой пары описываются в стандарте EIA/TIA 568 (Американ- ский стандарт проводки в коммерческих зданиях). • CAT1 — (полоса частот 0.1 МГц) телефонный кабель, всего одна пара, известный в России, как «лапша». В США ис- пользовался ранее, и проводники были скручены между собой. Используется только для передачи голоса или данных при помощи модема. • CAT2 — (полоса частот 1 МГц) старый тип кабеля, 2-е пары проводников, поддерживал передачу данных на скоро- стях до 4 Мбит/с, использовался в сетях token ring и ARCNet. Сейчас иногда встречается в телефонных сетях. • CAT3 — (полоса частот 16 МГц) 2-х парный кабель, использовался при построении локальных сетей 10BASE-T и token ring, поддерживает скорость передачи данных только до 10 Мбит/с. В отличие от предыдущих двух, отвечает требованиям стандарта IEEE 802.3. Также до сих пор встречается в телефонных сетях. • CAT4 — (полоса частот 20 МГц) кабель состоит из 4-х скрученных пар, использовался в сетях token ring, 10BASE-T, 10BASE-T4, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с, сейчас не используется. • САТ5 — (полоса частот 100 МГц) 4-х парный кабель, это и есть, то, что обычно называют кабель «витая пара», благо- даря высокой скорости передачи, до 100 Мбит/с при использовании 2-х пар и до 1000Мбит/с, при использовании 4-х пар, является самым распространённым сетевым носителем, использующимся в компьютерных сетях до сих пор. При прокладке новых сетей пользуются несколько усовершенствованным кабелем CAT5e (полоса частот 125 МГц), кото- рый лучше пропускает высокочастотные сигналы. • CAT6 — (полоса частот 250 МГц) применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4-х пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10000Мбит/с. Добавлен в стандарт в июне 2002 года. Существует кате- гория CAT6е, в которой увеличена частота пропускаемого сигнала до 500МГц. По данным IEEE 70 % установленных сетей в 2004 году, использовали кабель категории CAT6, однако возможно это просто дань моде, поскольку кабель CAT5 и CAT5e вполне справляется в сетях 10GBASE-T • CAT7 — Спецификация на данный тип кабеля пока не утверждена, скорость передачи данных до 10000Мбит/с, часто- та пропускаемого сигнала до 600—700 МГц. Кабель этой категории экранирован. Схемы обжимки Данные схемы обжимки витой пары приведены для кабеля категории 5 (4 пары проводников). Существует 2 схемы обжимки кабеля: прямой кабель и перекрёстный (кросс-овер) кабель. Пер- вая схема используется для соединения компьютера со свитчем\хабом, вторая для соединения 2-х компьютеров напрямую и для соединения некоторых старых моделей хабов\свитчей (uplink порт). Нумерация в разъеме Перекрёстный кабель (Crossover) № контакта - цвет жилы - № контакта на другом конце кабеля 1 — бело-оранжевый — 3 2 — оранжевый — 6 3 — бело-зелёный — 1 4 — синий — 7 5 — бело-синий — 8 6 — зелёный — 2 7 — бело-коричневый — 4 8 — коричневый — 5 Бело-оранжевая жила меняется с бело-зелёной, оранжевая с зелёной (для 100-мегабитного со- единения); бело-синяя жила меняется с бело-коричневой, синяя с коричневой (для гигабитного соединения, для 100 мегабит их можно обжать в любом порядке или вообще не обжимать). Прямой кабель Вариант по стандарту EIA/TIA-568A: 1 — бело-зелёный — 1 2 — зелёный — 2 3 — бело-оранжевый — 3 4 — синий — 4 5 — бело-синий — 5 6 — оранжевый — 6 7 — бело-коричневый — 7 8 — коричневый — 8 и по стандарту EIA/TIA-568B: 1 — бело-оранжевый — 1 2 — оранжевый — 2 3 — бело-зелёный — 3 4 — синий — 4 5 — бело-синий — 5 6 — зелёный — 6 7 — бело-коричневый — 7 8 — коричневый — 8 Прямой кабель можно обжать с любой последовательностью проводников, нужно только, что- бы она была одинакова на обоих концах. Хотя для предотвращения путаницы лучше пользо- ваться стандартами. 7 Данные схемы обжимки подходят как для 100-мегабитного соединения, так и для гигабитного. При использовании 100 мегабитного соединения используются только 2 из 4-х пар, а именно оранжевая и зелёная. Синяя и коричневая пары тогда могут быть использованы для подключе- ния второго компьютера по тому же кабелю. Каждый конец кабеля раздваивают на два по две пары, и получают как бы два кабеля, но под одной изоляцией. При использовании гигабитного соединения используются все 4 пары проводников. Применение Как уже упоминалось, витая пара широко применяется в сетевых технологиях и коммуникаци- ях, сейчас кабелем категории 6, во многих местах заменяют коаксиальный кабель. Несмотря на большую защищённость экранированной витой пары, она не получила широкого распростране- ния из-за сложности в установке — требуется заземление (проводки для которого в большинст- ве российских зданий нет), а кабель по сравнению с неэкранированной витой парой более жёст- кий. Прокладка При прокладке витой пары должна выдерживаться заданная кривизна в местах изгиба. Превы- шение может привести к уменьшению сопротивляемости наводкам или к разрушению кабеля. При прокладке экранированной витой пары необходимо следить за целостностью экрана по всей длине кабеля. Растяжение или изгиб приводит к разрушению экрана, что влечет уменьше- ние сопротивляемости наводкам. Дренажный провод должен быть соединен с экраном разъема. 2. Коаксиальные кабели Коаксиальные кабели существуют в большом количестве типов, используемых в телеви- зионных, телефонных и компьютерных сетях. Это так называемый "толстый" коаксиальный ка- бель и различные варианты "тонкого" коаксиального кабеля, который обладает худшими меха- ническими и электрическими характеристиками, чем "толстый". Зато "тонкий" коаксиальный кабель более удобен для монтажа, что и объясняет его более широкое использование. Стандарт EIA/TIA -568A не описывает коаксиальные кабели с волно- вым сопротивлением 50 Ом как морально устаревшие. 3. Волоконно-оптический кабель Простейший оптический кабель состоит из некоторого количества оптических волокон, как правило, кратного двум, окружённых общей защитной оболочкой. Волоконно-оптический кабель Оптическое волокно состоит из: • сердцевины, • оптической оболочки, • защитного покрытия, • буферного покрытия (опционально). 8 9 Волоконно-оптические кабели состоят из центрального проводника света - сердечника - прозрачного волокна, и оболочки, которая окружает сердечник. Оболочка также состоит из стекла, но имеет меньший показатель преломления света, чем сердечник. Лучи света распространяются по сердечнику, не выходя за его пределы, поскольку отра- жаются от покрывающего слоя оболочки. В зависимости от распределения показателя прелом- ления и от величины диаметра сердечника различают 3 типа волокна. 1) Многомодовое волокно со ступенчатым показателем преломления. 2) Многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления. 3) Одномодовое волокно. "Мода" - это описание режима распространения световых лучей по сердечнику кабеля. В одномодовом кабеле (SMF-Single Mode Fiber) сердечник очень мал по диаметру, всего 5-10 мкм, что соизмеримо с длиной световой волны. Световые лучи распространяются по сердечни- ку, почти не отражаясь от внешнего проводника, вдоль оптической оси световода. У этого типа кабеля очень широкая полоса пропускания - сотни гигагерц на километр. Для одномодового ка- беля требуется изготовление тонких качественных волокон, и поскольку это сложный техноло- гический процесс, соответственно, это делает достаточно дорогим и сам кабель. Еще один не- достаток этого вида кабеля - значительные энергозатраты, которые возникают при направлении пучка света в волокно такого маленького диаметра. В связи с этим в одномодовых кабелях в качестве источника света используются полупроводниковые лазеры. Они работают на длине волн 1300 и 1550 нм и модулируют световой поток с частотами 10 ГГц и выше. Также при ис- пользовании лазеров в одномодовых кабелях потери энергии меньше, чем в многомодовых при использовании в них светодиодов как источников света. В многомодовых кабелях MMF Multi Mode Fiber сердечник более широк, нежели в одно- модовом. Его легче изготовить технологически, а это значит, что многомодовый кабель дешев- ле. Основные общеупотребительные кабели этого типа, утвержденные стандартом, - 62,5/125 мкм и 50/125 мкм. Первое число перед дробью - диаметр сердечника, число же справа от дроби указывает размер внешнего проводника. В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно находится несколько световых лучей. Эти лучи отражаются от внешнего проводника под различными углами. Угол отражения луча и называется модой. У многомодовых кабелей полоса пропускания составляет 500-800 МГц/км. Полоса пропускания сужается из-за потерь световой энергии при отражении лучей и при интерференции лучей разных мод. Источниками света в многомодовых кабелях служат светодиоды. Они излучают свет с длиной волны 850 нм и 1300 нм. Светодиоды с длиной волны 850 нм существенно дешевле, чем с 1300 нм, но полоса пропускания для кабеля с длиной волн 850 нм, например 200 МГц/м вместо 500 МГц/м. Передача электромагнитной энергии по световоду основана на эффекте полного внутрен- него отражения. Лучи света, входя в сердцевину двухслойного световода, с торца удерживают- ся внутри сердечника за счет полного внутреннего отражения на границе двух сред с различ- ными показателями преломления. Для реализации этого эффекта формируются два слоя из кварцевого стекла с различными показателями преломления. Различают одномодовое и многомодовое волокно. Одномодовое (SM) волокно самых часто встречающихся размеров бывает: 8/125 и 9/125 мкм. Многомодовое (MM) волокно самых часто встречающихся размеров бывает: 50/125 и 62/125 мкм. Одномодовое волокно дешевле многомодового, позволяет передавать оптиче- ский импульс на большие расстояния, с меньшим размазыванием сигнала на выходе, но в то же время прие- мопередающее оборудование для него значительно дороже. Существует также многомодовое волокно с гра- диентным профилем, у которого уменьшены эти недостатки. В зависимости от того, как происходит изменение показателя преломления, различают 2 типа волокон: со ступенчатым и градиентным (плавным) изменением показателя преломления. Волоконно-оптические кабели подключаются к оборудованию с помощью разъемов MICST и SC. Они имеют отличные электромагнитные и физические характеристики (отлично гнутся и механически прочны при наличии изоляции), однако это омрачается одним серьезным недостатком. Этот недостаток - сложное соединение волокон с разъемами и между собой в том случае, если требуется нарастить кабель. 10 Стоимость самого волоконно-оптического кабеля примерно равна стоимости кабеля на витой паре, но стоимость монтажных работ обходится намного дороже из-за дорогого монтаж- ного оборудования и трудоемкости соединения кабеля с разъемом. При некачественном соеди- нении резко уменьшается полоса пропускания оптоволоконного кабеля и линии на его основе. Использование кабеля. Превалирующее большинство компаний, предоставляющих ус- луги доступа в Интернет, используют в своей работе оптоволокно и витую пару. Основные трассы между зданиями строятся на основе оптоволоконного кабеля, что обеспечивает высокую скорость на этих участках, а непосредственно к квартире пользователя подводится неэкраниро- ванная витая пара пятой категории, характеристики которой вполне отвечают требованиям на этом участке сети. Такой вариант позволяет обеспечить сочетание невысокой стоимости под- ключения, так как монтажные работы, связанные с подключением по витой паре, не требуют больших усилий и приемлемой скорости работы в Интернете. Именно этот способ подключе- ния через локальные сети можно считать наиболее современным, подключение же по коакси- альному кабелю постепенно уходит в прошлое в силу своей высокой стоимости, при том, что качество связи не выше, чем при работе через сочетание "оптоволокно - витая пара". Для справки: Оптоволокно Связка оптоволокна Теоретически, использование передовых технологий, таких как DWDM, со скромным количе- ством волокон, которое представлено здесь, может дать достаточную пропускную способность, с помощью которой легко было бы передать всю необходимую информацию, в которой нужда- ется вся планета (около 100 терабит в секунду в одном оптоволокне). Оптоволокно — это стеклянная или пластиковая нить, используемая для переноса света внут- ри себя посредством полного внутреннего отражения. Волоконная оптика — раздел прикладной науки и машиностроения, описывающий такие во- локна. Оптоволокна используются в оптоволоконной связи, которая позволяет передавать циф- ровую информацию на большие расстояния и с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи. В ряде случаев они также используются при создании датчиков Простой принцип действия позволяет использовать различные методы, дающие возможность создавать самые разнообразные оптоволокна: • Одномодовые оптоволокна • Мультимодовые оптоволокна • Оптоволокна с градиентным показателем преломления • Оптоволокна со ступенчатым профилем распределения показателей преломления. Из-за физических свойств оптоволокна необходимы специальные методы для их склеивания и соединения с оборудованием. Оптоволокна являются базой для различных типов кабелей, в за- висимости от того, где они будут использоваться. Принцип передачи света внутри оптоволокна был впервые продемонстрирован во времена ко- ролевы Виктории (1837—1901 гг.), но развитие современных оптоволокон началось в 1950-х годах. Они стали использоваться в связи несколько позже, в 1970-х; с этого момента техниче- ский прогресс значительно увеличил диапазон действия и скорость оптоволокон, а также уменьшил стоимость систем оптоволоконной связи. 11 Применение: оптоволоконная связь Оптоволокно может быть использовано как средство для дальней связи и построения компью- терной сети, вследствие своей гибкости и возможности завязываться в узел как кабель. Несмот- ря на то, что волокна могут быть сделаны из прозрачного пластичного оптоволокна или силика- гелевого волокна, волокна, использующиеся для передачи информации на большие расстояния, всегда сделаны из стекла, из-за низкого оптического ослабления электромагнитного излучения. В связи используются многомодовые и одномодовые оптоволокна; мультимодовое оптоволокно обычно используется на небольших расстояниях (до 500 м), а одномодовое оптоволокно — на длинных дистанциях. Из-за строгого допуска между одномодовым оптоволокном, передатчи- ком, приемником, усилителем и другими одномодовыми компонентами, их использование обычно дороже, чем применение мультимодовых компонетов. Оптоволоконный датчик Оптоволокно может быть использовано как датчик для измерения напряжения, температуры, давления и других параметров. Малый размер и фактическое отсутствие необходимости в элек- трической энергии, дает оптоволоконным датчикам преимущество перед традиционными элек- трическими в определенных областях. Оптоволокно используется в гидрофонах в сейсмических или гидролокационных приборах. Созданы системы с гидрофонами, в которых на волоконный кабель приходится более 100 дат- чиков. Системы с гидрофоновым датчиком используются в нефтедобывающей промышленно- сти, а также флотом некоторых стран. Немецкая компания Sennheiser разработала лазерный микроскоп, работающий с лазером и оптоволокном. Оптоволоконные датчики, измеряющие температуры и давления, разработаны для измерений в нефтяных скважинах. Оптоволоконные датчики хорошо подходят для такой среды, работая при температурах, слишком высоких для полупроводниковых датчиков (см. "оптоволоконное изме- рение температуры"). Другое применение оптоволокна — в качестве датчика в лазерном гироскопе, который исполь- зуется в Boeing 767 и в некоторых моделях машин (для навигации). Оптоволокно применяется в охранной сигнализации на особо важных объектах (например, ядерное оружие). Когда злоумышленик пытается переместить боеголовку, условия прохожде- ния света через световод изменяются, и срабатывает сигнализация. Другие применения оптоволокна Диск фрисби, освещенный оптоволокном Оптоволокна широко используются для освещения. Они используются как световоды в меди- цинских и других целях, где яркий свет необходимо доставить в труднодоступную зону. В не- которых зданиях оптоволокна используются для обозначения маршрута с крыши в какую- 12 13 нибудь часть здания. Оптоволоконное освещение также используется в декоративных целях, включая коммерческую рекламу, искусство и искусственные ёлки. Оптоволокно также используется для формирования изображения. Когерентный пучок, созда- ваемый оптоволокном, иногда используется совместно с линзами — например, в эндоскопе, ко- торый используется для просмотра объектов через маленькое отверстие. |