Кабели на основе экранированной витой пары

Экранированная витая пара STP защищает передаваемые сигналы от внешних помех, а также меньше излучает электромагнитных колебаний вовне, что защищает, от перехвата информации, передаваемой в сети. Наличие заземляемого экрана делает кабель дорогим и резко усложняет его прокладку, так как требует выполнения качественного заземления. Экранированный кабель применяется только для передачи данных, а аудиоинформация по нему не передается. Используется в системах, предъявлющих высокие требования к конфедициальности передаваемой информации.
Основным стандартом, определяющим параметры экранированной витой пары, является фирменный стандарт IBM. В этом стандарте кабели разделяются не на категории, а на типы: Type 1, Type 2,..., Type 9.

 

· Основным типом экранированного кабеля является кабель Type 1 стандарта IBM. Он состоит из 2-х пар скрученных проводов, экранированных проводящей оплеткой, которая заземляется. Электрические параметры кабеля Type 1 примерно соответствуют параметрам кабеля UTP категории 5. Однако волновое сопротивление кабеля Type 1 равно 150 Ом.

· Экранированные витые пары используются также в кабеле IBM type 2, который представляет кабель Type 1 с добавленными 2 парами неэкранированного провода для передачи голоса.

Не все типы кабелей стандарта IBM относятся к экранированным кабелям - некоторые определяют характеристики неэканированного телефонного кабеля (Type 3) и оптоволоконного кабеля (Type 5).

Коаксиальные линии.

Коаксиальный кабель имеет несимметричную конструкцию и состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции.
Существует большое количество типов коаксиальных кабелей, отличающихся конструкцией и характеристиками и используемых в сетях различного типа - магистральных, локальных, в радио и телевизионных системах.

Устройство:

 

1 - медная жила
2 - изоляция
3 - медная оплетка
4 - мягкая пластмасса

Рис.1

Особенности:

1. Широкая полоса пропускания, и, следовательно, высокая пропускная способность, эффективная работа на расстояниях 100 - 1000 м., хорошая защищенность от электромагнитных помех и низкий уровень радиоизлучения.

2. Коаксиальный кабель дешевле, чем оптоволоконный, но он сложнее в эксплуатации, поскольку:

o Входное и выходное сопротивления соединяемых устройств должны быть согласованы с волновым сопротивлением кабеля (равны).

o Большое количество разъемов при последовательном соединении компьютеров в локальных сетях с шинной структурой приводит к частому нарушению контактов и деградации сети.

o Чувствительность к различным уровням напряжения заземления оплетки кабеля, что существенно при подключении аппаратуры, питающейся от разных электрических подстанций. Для исключения электрического пробоя аппаратуры сети необходимо соблюдать особые правила.

Характеристики коаксиальных кабелей:

1. Волновое сопротивление кабеля. Измеряется в Омах. Также как и в кабелях с медными проводниками, имеет активные и реактивные составляющие и поэтому коаксиальный кабель является резонансным устройством. Наименьшие потери энергии при передаче сигнала имеют место на частоте резонанса, когда реактивные составляющие волнового сопротивления компенсируются.

2. Затухание. Зависит от частоты и конструкции кабеля, покрытия медной оплетки и центральной жилы серебром. Измеряется в погонных единицах дБ/м.

На коаксиальные кабели имеются отечественные и зарубежные стандарты. Параметры кабелей, определяемые в тех и других стандартах, в основном совпадают. В качестве примера ниже приведены стандарты США.

· RG-8 и RG-11 - "толстый" коаксиальный кабель, разработанный для сетей Ethernet 10Base-5. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Этот кабель обеспечивает хорошие механические и электрические характеристики (затухание на частоте 10 МГц - не хуже 18дБ/км), но его трудно монтировать - плохо гнется.

· RG-58/U,RG-58A/U и RG-58C/U - разновидности "тонкого" коаксиального кабеля для локальной сети Ethernet спецификации 10Base-2. Все эти разновидности кабеля имеют волновое сопротивление 50 Ом, но по сравнению с "толстым" коаксиальным кабелем обладают худшими механическими и электрическими характеристиками. Внутренний проводник не так прочен, но обладает гораздо большей гибкостью, удобной в монтаже. Затухание в этом типе кабеля выше.

· RG-59 - телевизионный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом. Широко применяется в кабельном телевидении.

· RG-62 - кабель с волновым сопротивлением 62 Ом, использовался в сетях ArcNet, оборудование которых сегодня практически не выпускается.

Оптоволоконные линии

Оптоволоконный кабель состоит из тонких (5-60 микрон) волокон из высококачественного оптического стекла, по которым распространяются световые сигналы. Световой сигнал - это пучок света, формируемый лазером или другим устройством и промодулированный по яркости информационными битами. На приемном конце располагают фотоприемник, принимающий световой сигнал. Это наиболее качественный тип кабеля - он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и к тому же лучше обеспечивает полную защиту данных от внешних помех и от перехвата.

Состоит кабель из центрального проводника света (сердцевины) - стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла - оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки.

Конструкции оптического кабеля:

 

1 - источник сигнала,
2 - оболочка,
МОД - модулятор света по яркости,
ФП - фотоприемник (декодирование сигнала)

Рис.1

1 - ОВ,
2 - полиэтиленовая трубка,
3 - силовой элемент,
4 и 5 - соответственно внутренняя и внешняя полиэтиленовые оболочки

Рис.2

В зависимости от соотношения показателя преломления сердцевина/оболочка и от величины диаметра сердцевины различают:

· многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления,

· многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления,

· одномодовое волокно.

Понятие "мода" описывает режим распространения световых лучей во внутреннем сердечнике кабеля.

В одномодовом кабеле используется центральный проводник очень малого диаметра - от 5 до 10 мкм. Для передачи информации применяется свет с длиной волны 1550 нм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника. Затухание - 0,1-0,3 дБ/км. Изготовление тонких качественных волокон представляет сложный технологический процесс, что делает одномодовый кабель достаточно дорогим. Кроме того, в волокно такого маленького диаметра достаточно сложно точно направить пучок света, не потеряв при этом значительную часть его энергии.

В многомодовых кабелях используются более толстые внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически. В стандартах определены два наиболее употребительных многомодовых кабеля: 62,5/125 мкм и 50/125 мкм, где 62,5 мкм и 50 мкм - это диаметр центрального проводника, а 125 мкм - диаметр внешнего проводника. В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике световой луч отражается от внешнего проводника под разными углами. Угол отражения луча называется модой луча. В многомодовых кабелях с плавным изменением коэффициента преломления режим распространения каждой моды имеет более сложный характер. Многомодовые кабели имеют более узкую полосу пропускания и обеспечивают скорость передачи от 500 до 800 МГц/км. Сужение полосы пропускания происходит из-за потерь световой энергии при отражениях, а также из-за интерференции лучей разных мод. Для таких кабелей применяется свет с длиной волны 1330 нм и 840 нм.

Типы оптического кабеля

Многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления.

Многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления.

Одномодовое волокно.

Рис.2

 

В качестве источников излучения света в оптоволоконных кабелях применяются:

· светодиоды,

· полупроводниковые лазеры.

Для одномодовых кабелей применяются только когерентные источники излучения - например, полупроводниковые лазеры, по двум причинам. При таком малом диаметре оптического волокна световой поток, создаваемый светодиодом, невозможно без больших потерь направить в волокно. Кроме того, светодиод создает световое излучение, содержащее свет с различными длинами волн. Поскольку скорость распространения световых сигналов с разными длинами волн неодинакова, на вход приемника составляющие светового пучка приходят с различным запаздыванием, в результате чего фронт принимаемого светового сигнала размывается, и при декодировании возникают ошибки. Соответственно, при этом снижается дальность передачи.
Для многомодовых кабелей используются более дешевые светодиодные излучатели. Светодиоды могут излучать свет с длиной волны 850 нм и 1300 нм. Лазерные излучатели работают на длинах волн 1300 и 1550 нм. Быстродействие современных лазеров позволяет модулировать световой поток с частотами 10 ГГц и выше. Лазерные излучатели создают когерентный поток света, за счет чего потери в оптических волокнах становятся меньше, чем при использовании некогерентного потока светодиодов.

Распространение света в проводнике:

Рис.3

 

На выходе размытый сигнал. Как бороться с размытым сигналом?

· Используют тонкий оптоволоконный проводник

· Источник сигнала берут таким, чтобы он излучал волны одной частоты и скорости распространения были одинаковыми (т.е. надо использовать монохромный излучатель)

Особенности оптоволоконного кабеля:

1. Высокая пропускная способность, небольшая величина погонного затухания и, следовательно, большие расстояния передачи, отсутствие шумов, вызывающих ошибки при передаче, невозможность перехвата передаваемой информации вследствие отсутствия внешних излучений.

2. Возможность создания многоканальной линии путем применения нескольких передающих лазерных пучков.

3. Невосприимчивость к электромагнитным помехам.

4. Кабели хорошо гнутся, а в соответствующей изоляции обладают хорошей механической прочностью.

5. Сложно выполнять ответвления (трудность соединения с разъемами и между собой при необходимости наращивания длины кабеля).

6. Высокая стоимость кабеля, оборудования и монтажа.