СЕТИ ЭВМ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ. Министерствообразованияинаукироссийскойфедерации
 Скачать 4.29 Mb.
|
|
2.4.1.2. Витая пара Витая пара (Twisted Pair – TP) – изолированные проводники, попарно свитые между собой минимально необходимое число раз на определенном отрезке длины (рис.2.36,а), что требуется для уменьшения перекрестных наводок между проводниками, и заключённые в изолирующую оболочку. Витая пара – самый распространенный вид кабеля в телефонии. Скручивание применяется с целью уменьшения излучения и повышения помехозащищенности кабеля. Несколько витых пар (обычно 4 или 8), заключённые в общую пластиковую оболочку, образуют кабель (рис.2.36,б). Существует несколько категорий неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair – UTP), причём чем выше категория кабеля, тем больше его полоса пропускания. Кабели 1-й и 2-й категорий используются для передачи речи и данных на низких скоростях и не включены в стандарты для передачи данных в компьютерных сетях. Стандарт EIA/TIA-568, разработанный American National Standards Institute (ANSI, США) определяет спецификации для 3-й, 4-й и 5-й категорий UTP и нормирует следующие характеристики: • коэффициент затухания, У 1 У 2 NEXT FEXT 2.35 Ближний конец Дальний конец 2.36 а) б) Раздел 2. Средства телекоммуникаций 120 • волновое сопротивление, • емкость, • переходное затухание на ближнем конце и др. Например, для кабеля 5-й категории определены следующие характеристики: • затухание – не более 23,6 дБ на 100 м (0,236 дБ/м) при частоте 100 МГц; • волновое сопротивление – не более 100 Ом+-15%; • NEXT – не менее 27 дБ при частоте 100 МГц; • активное сопротивление – не более 9,4 Ом на 100 м; • емкость не более 5,6 нФ на 100 м. Экранированная витая пара – кабель, содержащий одну или несколько пар скрученных медных проводов, заключенных в изолирующую оболочку. Снаружи кабель покрыт экранирующей оплеткой и еще одной изолирующей оболочкой, за счёт чего меньше излучает и лучше защищён от электромагнитных помех, чем неэкранированная витая пара. Применяется в сетях Token Ring. Экранированная витая пара подразделяется на две разновидности: • с экранированием каждой пары и общим экраном (Shielded Twisted Pair – STP); • с одним общим экраном (Foiled Twisted Pair – FTP). Для высокоскоростных сетей разработаны еще две категории медного кабеля: • категория 6 – обеспечивает работу на частоте 250 МГц и может быть реализована как экранированный, так и неэкранированный кабель; • категория 7 – обеспечивает работу на частоте до 600 МГц и использует экранирование каждой пары кабеля и общий экран. В табл.2.2 приведены значения полосы пропускания для разных категорий современных медных кабелей. Наиболее широко в настоящее время в локальных сетях применяется электрический кабель категории 5. Таблица 2.2 Категория кабеля Полоса пропускания, МГц 3 16 4 20 5 100 6 250 7 600 2.4.1.3. Коаксиальный кабель Коаксиальный кабель (от лат. co – совместно и axis – ось) – кабель, в котором проводники представляют собой 2 соосных металлических цилиндра, разделенных диэлектриком. Коаксиальный кабель используется для передачи высокочастотных сигналов (до нескольких ГГц) и характеризуется высокой помехозащищенностью и малым затуханием Раздел 2. Средства телекоммуникаций 121 сигналов. Это обусловлено отсутствием внешнего электромагнитного поля – вся энергия распространяется только внутри кабеля. Коаксиальный кабель содержит (рис.2.37): 1) внутренний проводник диаметром от 0,4 мм до 2,5 мм; 2) диэлектрик, в качестве которого обычно применяется обычный полиэтилен или физически вспененный полиэтилен с низкой плотностью, позволяющий уменьшить коэффициент затухания; 3) внешний проводник, в качестве которого обычно используется фольга; 4) медную оплетку с покрытием из олова; 5) защитную пленку; 6) внешнюю оболочку. В ранних сетях Ethernet применялись два типа коаксиального кабеля: • толстый (thick) диаметром около 1 см, для которого, в отличие от тонкого, характерны следующие особенности: более надежная защита от внешних помех; прочнее; требует применения специального отвода (прокалывающего разъема и отводящего кабеля) для подключения компьютера или другого устройства; • тонкий (thin) диаметром около 0,5 см, для которого, в отличие от толстого, характерны следующие особенности: передает данные на более короткие расстояния; дешевле; использует более простые соединители. Основные недостатки коаксиальных кабелей: • сложность прокладки, а также добавления и отключения станций; • высокая удельная стоимость. 2.4.2. Волоконно - оптические линии связи ( ВОЛС ) Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) используются для высокоскоростной передачи данных, представляемых в виде оптических сигналов, по оптическим диэлектрическим световодам, являющимся самой перспективной физической средой для передачи данных. Оптический сигнал представляет собой модулированный световой поток, генерируемый светодиодами или диодными лазерами. Основными компонентами ВОЛС являются: 1) оптическое волокно; 2) волоконно-оптический кабель; 3) оптические компоненты и устройства; 4) электронные компоненты систем оптической связи. 1) 2) 3) 4) 5) 6) 2.37 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 122 2.4.2.1. Оптическое волокно Оптическое волокно – главный компонент ВОЛС – состоит из сердцевины (световодной жилы) и оболочки с разными показателями преломления n 1 и n 2 (рис.2.38). Оптические волокна в зависимости от способа распространения в них излучения делятся на: • одномодовые (рис.2.38,а), в которых световодная жила имеет диаметр 8–10 мкм, в которых может распространяться только один луч (одна мода); • многомодовые (рис.2.38,б), в которых световодная жила имеет диаметр 50–60 мкм, что делает возможным распространение в них большого числа лучей (много мод). Важнейшими параметрами оптического волокна являются: • затухание; • дисперсия. Затухание определяется потерями на поглощение и рассеяние излучения в оптическом волокне и измеряется в децибелах на километр (дБ/км). Потери на поглощение зависят от чистоты материала, а потери на рассеяние – от неоднородностей его показателя преломления. Затухание зависит и от длины волны излучения, вводимого в волокно. Передача сигналов по оптическому волокну осуществляется в трех диапазонах: 0,85 мкм, 1,3 мкм и 1,55 мкм, так как именно в этих диапазонах кварц имеет повышенную прозрачность (рис.2.39). Оптическое волокно характеризуется малым затуханием светового сигнала, составляющем 0,1–0,2 дБ/км при длине волны 1,55 мкм, что позволяет строить ЛС длиной до нескольких десятков километров без регенерации сигналов. Ведутся разработки еще более "прозрачных", так называемых, фтороцирконатных волокон с затуханием порядка 0,02 дБ/км при длине волны 2,5 мкм, на основе которых могут быть созданы ЛС, обеспечивающие гигабитные скорости передачи и с регенерационными участками через каждые 4-5 тысяч километров. n 2 n 2 n 1 8 -1 0 мк м 5 0 -6 0 мк м 1 2 5 мк м а) б) 2.38 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 123 В последние годы наряду с когерентными системами связи развивается альтернативное направление – солитоновые системы. Солитон – уединенная волна, которая не затухает и не поглощается средой, а сохраняет свои размеры и форму сколь угодно долго. Солитон – это световой импульс с необычными свойствами: он сохраняет свою форму и теоретически может распространяться по "идеальному" световоду бесконечно далеко. Длительность импульса составляет примерно 10 пс. Солитоновые системы, в которых отдельный бит информации кодируется наличием или отсутствием солитона, имеют пропускную способность не менее 5 Гбит/с при расстоянии 10 000 км. Дисперсия – рассеяние во времени спектральных и модовых составляющих оптического сигнала. Поскольку при передаче информации светодиод или лазер излучает некоторый спектр длин волн, дисперсия приводит к уширению импульсов при распространении по волокну и тем самым порождает искажения сигналов (рис.2.40). При оценке дисперсии пользуются термином "полоса пропускания " – величина, обратная величине уширения импульса t ∆ при прохождении им по оптическому волокну расстояния в 1 км: t ∆ = Π 1 Измеряется полоса пропускания в мегагерцах на километр (МГц*км). Из определения полосы пропускания следует, что дисперсия налагает ограничения на дальность передачи и верхнее значение частоты передаваемых сигналов. Если полоса пропускания оптического волокна составляет 1000 МГц*км (что соответствует величине уширения импульса в 1 нс/км), то пропускная способность линии связи длиной в 1 км будет не более 1 Гбит/с, а при длине линии связи в 10 км – не более 100 Мбит/с. Значения дисперсии и затухания различны для разных типов волокон. З ат у х ан и е, д Б /к м 2.39 Длина волны, мкм 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 3,0 2,0 1,0 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 124 Достоинства одномодовых волокон: • лучшие характеристики по затуханию и полосе пропускания, так как в них распространяется только один луч; • максимальное затухание составляет 0,5 дБ/км при длине волны 1,31 мкм и 1,55 мкм; • при использовании лазерных передатчиков расстояние между узлами может составлять до 40 км. Недостатки одномодовых волокон: • одномодовые источники излучения дороже многомодовых; • в одномодовое волокно труднее ввести световой луч из-за малого диаметра световодной жилы; • по этой же причине трудно минимизировать потери сигнала при сращивании одномодовых волокон; • дороже монтаж оптических разъемов на концах одномодовых кабелей. Достоинства многомодовых волокон: • более удобны при монтаже, так как в них больше размер световодной жилы; • проще снабдить оптическими разъёмами с малыми потерями (до 0,3 дБ). • имеют меньшую стоимость. Недостатки многомодовых волокон: • большое затухание, составляющее при длине волны 0,85 мкм – 3-4 дБ/км; • обеспечивает передачу данных без применения промежуточных повторителей на расстояние не более 2-х км; • недостаточная полоса пропускания многомодовых волокон для магистральных линий связи, которая составляет порядка 1000 МГц*км (но вполне приемлемая для локальных сетей). Результаты сравнительного анализа одномодовых и многомодовых волокон представлены в табл.2.3, где полужирным шрифтом выделены лучшие показатели. нс 1 = ∆ t 1 км Полоса пропускания: км * МГц 1000 1 = ∆ = Π t 2.40 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 125 Таблица 2.3 Показатель Одномодовое волокно Многомодовое волокно Затухание 0,5 дБ/км 1,5 – 3 дБ/км Полоса пропускания более 500 МГц*км до 500 МГц*км Расстояние + (до 50 км) (до 2 км) Стоимость высокая низкая Ввод светового луча сложнее легче Потери при сращивании выше ниже 2.4.2.2. Волоконно - оптический кабель Волоконно -оптический кабель (ВОК) – среда передачи данных, состоящая из оптических волокон (стеклянных или пластиковых), заключенных в защитную герметичную оболочку. Информация в ВОК переносится модулированным световым потоком, генерируемым светодиодами или диодными лазерами. Достоинства ВОК по сравнению с электрическими кабелями: • высокая пропускная способность; • отсутствие электромагнитного излучения, что исключает утечку информации; • помехоустойчивость; • большое расстояние передачи (не менее 2 км без повторителей); • малый вес; • высокое электрическое сопротивление, обеспечивающее гальваническую развязку соединяемых устройств; • умеренная стоимость, незначительно превышающая стоимость медного кабеля. Недостатки ВОК: • трудоемкость монтажа, требующая специального оборудования; • высокая стоимость сетевых устройств. 2.4.2.3. Оптические компоненты Оптические компоненты включают в себя: • оптические соединители; • системы спектрального уплотнения; • оптические шнуры; • оптические разветвители; • распределительные панели; • кроссовые шкафы; • соединительные муфты; • аттенюаторы и т.д. Оптические соединители (коннекторы) предназначены для соединения ВОК с приёмо-передающей аппаратурой через специальные розетки. Раздел 2. Средства телекоммуникаций 126 Системы спектрального (волнового) уплотнения WDM (фильтры WDM) реализуют мультиплексирование и демультиплексирование оптических сигналов. Оптический шнур – это оптический миникабель, оба конца которого снабжены соединителями. Оптический разветвитель – многополюсное устройство, в котором подаваемый на вход оптический сигнал разветвляется по нескольким выходным направлениям. Типы оптических разветвителей: • древовидный (рис. 2.41,а) – разветвляет один входной оптический сигнал по нескольким выходам (в равной степени по мощности) или наоборот объединяет несколько сигналов в один выходной; • звездообразный (рис. 2.41,б) – разветвляет поступающий по одному из входов оптический сигнал по нескольким выходам (в равной степени по мощности); • ответвитель (рис. 2.41,в), где большая часть мощности остается в магистральном канале. Аттенюаторы используются для уменьшения мощности входного оптического сигнала. 2.4.2.4. Особенности ВОЛС Физические свойства ВОЛС: • высокая частота несущей (f н = 10 14 Гц), обусловливающая широкополосность оптических сигналов, то есть возможность передачи данных со скоростью порядка 10 12 бит/с = 1 Тбит/с; • высокая пропускная способность за счет передачи данных в одном оптическом волокне сразу на нескольких длинах волн; • малое затухание светового сигнала, что позволяет строить протяженные ЛС до сотен километров без регенерации сигналов. Древовидный разветвитель … 1 N Звездообразный разветвитель … 1 N … a d Древовидный ответвитель … 0 N 0 2.41 а) б) в) Раздел 2. Средства телекоммуникаций 127 Достоинства ВОЛС: • невысокая стоимость материала – кварца (основу которого составляет двуокись кремния), из которого изготавливается волокно, по сравнению с медью; • оптические волокна компактны и легки (их диаметр около 100 мкм), а, следовательно, перспективны для использования в авиации, приборостроении и т.д.; • обеспечивается гальваническая развязка сегментов, так как стеклянные волокна не проводят электричество; • безопасны в электрическом отношении, так как не содержат металла, и, следовательно, могут монтироваться на мачтах существующих линий электропередач; • устойчивы к электромагнитным помехам; • данные, передаваемые по ВОЛС, защищены от несанкционированного доступа, так как ВОЛС чрезвычайно трудно подслушать неразрушающим способом, а всякие воздействия на ВОЛС могут быть зарегистрированы с помощью мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии; • возможно применение разных вариантов скрытой передачи информации, например путем: модулирования сигналов по фазе и их перемешивания со смещенным на некоторое время сигналом из того же информационного потока; распределения передаваемой информации по множеству сигналов; передачи нескольких шумовых сигналов; • долговечность, означающая сохранение свойств волокна в определенных пределах в течение 25 и более лет; • обеспечивают сверхвысокие скорости передачи данных – десятки и более Гбит/с. Недостатки ВОЛС: • необходимы специальные технические средства, а именно: высоконадежные адаптеры, преобразующие электрические сигналы в световые и обратно; оптические коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на включение-выключение; • для монтажа оптических волокон необходимо прецизионное, а, следовательно, дорогое технологическое оборудование; • высокие затраты по сравнению с медным кабелем на восстановление оптического кабеля при его повреждении (обрыве). 2.4.2.5. Применение ВОЛС в ЛВС Наряду с глобальными сетями оптическое волокно широко используется и при создании ЛВС – Ethernet, FDDI, Token Ring. Основные |