5. Линии и каналы связи

При построении сетей применяются линии святи. Линии связи -это совокупность сетевых устройств передачи данных и физической среды, по которой передаются информационные сигналы (данные). В зависимости от физической среды линии связи можно разделить на кабельные и беспроводные [4].

Линии связи являются составной частью канала связи. Канал связи (канал передачи) - это средство передачи данных по линии свя­зи. Иногда один канал связи может включать в себя несколько линий связи. Но чаще одна и та же линия связи применяется для передачи данных несколькими каналами связи.

Каналы связи делятся на несколько типов в зависимости от того, могут ли они передавать данные в обоих направлениях или нет:

• дуплексный канал обеспечивает одновременную передачу дан­ных в обоих направлениях, по двум разделенным линиям связи;

• полудуплексный канал также обеспечивает передачу данных в обоих направлениях, но не одновременно, а по очереди. То есть в каждый момент времени канал может либо передавать, либо при­нимать данные;

• симплексный канал позволяет передавать информацию только в одном направлении.

Кроме того, каналы связи образуют первичные и вторичные сети. Первичная сеть - это совокупность каналов без подразделения их по назначению и видам связи. Первичная сеть делится на:

• местная первичная сеть - часть первичной сети, ограниченная территорией города или сельского района;

• внутризоновая первичная сеть - часть первичной сети, обеспе­чивающая соединение между собой каналов связи разных местных первичных сетей одной зоны;

• внутризоновая первичная сеть - часть первичной сети, обеспе­чивающая соединение между собой каналов связи разных внутри­зоновых первичных сетей на всей территории страны.

Вторичная сеть состоит из каналов одного назначения (телефон­ных, телеграфных, передачи данных, телевидения и т.п.), образуемых на базе первичной сети.

5.1. Кабельные линии связи

Кабельные линии связи имеют довольно сложную структуру. Ка­бель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоля­ции. В информационных сетях применяются три вида кабелей: витая пара, коаксиальный и оптоволоконный кабель.

Витая пара

Витая пара (twisted pair) (рис. 5.1) - это вид кабеля, который со­стоит из одной или нескольких пар изолированных проводов, скручен­ных между собой. Скручивание проводов позволяет уменьшить влия­ние внешних и внутренних электромагнитных помех [7].

Рис. 5.1. Витая пара

В зависимости от структуры проводников - кабель на основе ви­той пары разделяется на одножильный и многожильный. Одножиль­ный кабель состоит из проводов, у которых сечение образовано од­ним проводником (жилой). Следует отметить, что одножильный ка­бель не терпит многократных перегибов. Многожильный кабель со­стоит из проводов сечение, которых образовано несколькими (иногда, переплетенными между собой) жилами. Многожильные кабели обла­дают большей гибкостью и эластичностью, что приводит к большему затуханием сигнала.

Разновидности витой пары

Для обеспечения лучшей защиты от электромагнитных помех ис­пользуют экранирование. В зависимости от наличия экрана, опреде­ляют разновидности витой пары:

• незащищенная витая пара (Unshielded Twisted Pair, UTP или U/UTP) - отсутствует защитный экран;

• защищенная витая пара (Shielded Twisted Pair, STP или U/FTP) -индивидуальный экран для каждой пары в виде алюминиевой фольги;

• фильтрованная витая пара (Foiled Twisted Pair, FTP или F/UTP) - один общий жран в виде алюминиевой фольги;

• незащищенная экранированная витая пара (Screened Unshield­ed Twisted Pair, SF/UTP) - двойной общий жран из медной оплет­ки и алюминиевой фольги;

• защищенная экранированная витая пара (Screened Shielded Twisted Pair. S/STP) - один общий жран и индивидуальный экран для каждой пары, выполненные в виде медной оплетки;

• фолы про ванная экранированная витая пара (Screened Foiled Twisted Pair, S/FTP) - один общий экран, выполненный в виде медной оплетки, а также индивидуальный экран для каждой пары из алюминиевой фольги.

В стандарте ISO/IEC 11801:2002 предлагается отражать строение кабеля следующим обозначением: ХХ/ХХХ. Символы XX слева от косой черты используются для указания типа общего экрана. Могут использоваться либо оба разряда, либо один, при этом возможны сле­дующие обозначения:

• U (unscreened) - общий экран отсутствует;

• F (foil screened) - общий экран состоит из фольги;

• S (braid screened) - общий экран имеет вид оплетки;

• SF (braid and foil screened) - двойной общий экран из оплетки и фольги.

Символы XXX справа от косой черты обозначают вид экрана (первый разряд X) и вид элемента кабеля (следующие два разряда XX). Для витой пары, последние два разряда всегда будут содержать симво­лы ТР. Разряд перед ними отражает строение индивидуального экрана пары, если таковой имеется. Возможны следующие обозначения:

• U (unscreened) - индивидуальный экран отсутствует;

• F (foil screened) - индивидуальный экран состоит из фольги;

• S (braid screened) - индивидуальный экран имеет вид оплетки.

Следует отметить, что данный стандарт носит только рекоменда­тельный характер и на сегодняшний день ему следуют не все произво­дители кабелей на основе витой пары [5].

Категории витой пары

Также кабель на основе вшой пары разделяются на несколько ка­тегорий, представленных в таблице 5.1. Кабель более высокой катего­рии обычно содержит больше пар проводов, и каждая пара имеет больше витков на единицу длины. Кроме того, каждая из пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки.

Таблица 5.1. Категории витой пары

Категории	Число нар	( км piu 11. пере­дачи данных	При менение
Cat.l	1	1 Мбит/с	Используется при построении теле­фонных и модемных линий связи
Cat.2	2	4 Мбит/с	Сейчас не используется
Cat.3	4	10-100 Мбит/с	Используется при построении теле­фонных и локальных сетей
Cat.4	4	16 Мб и г/с	Сейчас не используется
Cat.5	4	100 Мбит/с	Используется при построении теле­фонных и локальных сетей
Cat.5e	4	100- 1000 Мбит/с	Используется при построении ло­кальных сетей (является самой рас­пространенной)
Cat .6	4	1000 Мбит/с	Используегся при построении ло­кальных сетей
Cat.6a	4	10-40 Гбит/с	Используегся при построении ло­кальных сетей
Cat.7	4	10 Гбит/с	Используегся при построении ло­кальных сетей

Обжим витой пары

Витая пара подключается к оборудованию с помощью разъемов серии RJ (Registered Jack). Для фиксации разъема серии RJ в ответной части предусмотрена специальная защелка, расположенная на корпусе разъема. Разъемы серии RJ выпускаются нескольких топов с различ­ным количеством контактов:

1. Для телефонных сетей:

• RJ-1 1 (рис. 5.2, а) - на 4 контакта;

• RJ-12 (рис. 5.2, б) - на б контактов;

2. Для компьютерных сетей:

• RJ-45 (рис. 5.2, «) - на 8 контактов;

• RJ-50 (рис. 5.2, г) - на 10 контактов.

Разъемы серии RJ производятся в пежрапироваппом и экраниро­ванном исполнениях. Экранированные разъемы (рис. 5.3, а), в отличие

27

от нежранированных (рис. 5.3, б), имеют металлический кожух, кото­рый соединяется с экраном витой пары.

а б в г

Рис. 5.2. Разъемы серии RJ: а - RJ-11; б - RJ-12; в - RJ-45; г - RJ-50

Все разъемы RJ допускают однократную установку и для их об­жима необходимы специальные обжимные клещи (кримпер).

Рис. 5.3. Разъемы RJ-45: а для витой нары F.UTP, S/UTP. S/STP; б - для витой пары U/UTP

На рис. 5.4 показаны две основные схемы (стандарта) обжима ви­той пары EIA/TIA-568A и EIA/TIA-568B. Для соединения компьютер-коммутатор используют «прямой кабель» (straight through cable), об­жатый с обеих сторон одинаково, соединения компьютер-компьютер или коммутатор-коммутатор используют «перекрестный кабель» (crossover cable) - с одной стороны EIA/TIA-568A, а с другой -EIA/TIA-568B.

зелено-белый

I

зеленый

оранжево-белый 3 | | синий сине-белый

оранжевый

коричнево-белый

коричневый

оранжево-белый

оранжевый

зелено-белый

синий

сине-белый

зеленый

коричнево-белый коричневый

Рис. 5.4. Схемы обжима витой пары: а - Е1А/П А-568А: б - EIA/TIA-568B

Чаще всего для обжима применяется стандарт EIA/TIA-568B. Ис­пользование витой пары, обжатой не по стандарту, может привести к тому, что сеть не будет работать.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель (coaxial cable) - это кабель, предназначен­ный для передачи высокочастотных сигналов. Как показано на рис. 5.5 коаксиальный кабель состоит из:

42. оболочки из изоляционного материала, которая служит для изоля­ции и защиты от внешних воздействий;

43. экрана в виде медной оплетки, алюминиевой фольги или их ком­бинации:

44. изоляции, выполненной в виде сплошного диэлектрического за­полнения, которая обеспечивает постоянство взаимного располо­жения экрана и центрального проводника;

45. центрального проводника, выполненного в виде одножильного или многожильного медного провода.

1 2 3^

Рис. 5.5. Коаксиальный кабель: 1 - оболочка; 2 - экран; 3 - изоляция; 4 - центральный проводник

Типы коаксиальных кабелей

В сетях применяются несколько типов коаксиальных кабелей: RG-6, RG-8, RG-11, RG-58 и RG-59. Буквы RG означают «Radio Guide» (радиочастотный волновод), а числа обозначают различные типы кабе­ля. Хотя все эти типы во многом похожи друг на друга, у каждого из них есть свои собственные физические и электрические характеристи­ки, которые необходимо принимать во внимание.

Толстый коаксиальный кабель (RG-8 и RG-11) обладает волно­вым сопротивлением 50 Ом и внешним диаметром примерно 12 мм. Имеет достаточно толстый внутренний проводник около 2,17 мм, ко­торый обеспечивает хорошие механические и электрические характе­ристики. Этот кабель сложно монтировать - он плохо гнется.

Тонкий коаксиальный кабель (RG-58) обладает волновым со­противлением 50 Ом и внешним диаметром примерно 6 мм, а также тонким внутренним проводником около 0.89 мм. Этот кабель не так прочен, как толстый коаксиальный кабель и его механические и элек­трические характеристики также хуже, но зато он обладает большей гибкостью.

Телевизионный коаксиальный кабель (RG-6 и RG-59) обладает волновым сопротивлением 75 Ом и широко применяется в кабельном телевидении. Существуют стандарты сетей, позволяющие использо­вать такой тип кабеля в информационных сетях.

Монтаж коаксиального кабеля

Для подсоединения коаксиального кабеля к оборудованию приме­няют специальные разъемные соединения, которые можно разделить на три группы: для пайки, под обжим и навинчивающиеся. Перед под­ключением коаксиального кабеля к оборудованию кабель необходимо разделать и зачистить (см. рис. 5.5).

Наиболее распространен вариант с использованием обжима. На концах коаксиатыюго кабеля монтируются разъемы BNC (Bayonet Nut Connector) (рис. 5.6, а). Сращивание отдельных отрезков коаксиатыю­го кабеля производится с помощью разъемов BNC-I (рис. 5.6, б).

а б

Рис. 5.6. Разъемы типа BNC (а) и BNC-I (б)

Оптоволоконный кабель

Рис. 5.7. Оптоволоконный кабель

Оптоволоконный кабель (optical-fiber cable) (рис. 5.7) - это кабель, который состоит из тонких гибких стеклянных волокон, по которым распространяется световой сигнат, а также из армирующих и защит­ных покровов. Оптоволоконный кабель невосприимчив к электромаг­нитным помехам и способен обеспечивать более высокую скорость передачи данных, чем кабели витая пара и коаксиальный кабель.

Каждое волокно состоит из стеклянного сердечника и стеклянной оболочки, обладающей меньшим показателем преломления, чем сер­дечник. Распространяясь по сердечнику, лучи света не выходят за его пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. В зависимости от распределения показателя преломления и величины диаметра сер­дечника волокна делятся на два типа: одномодовое волокно (Single Mode Fiber, SMF) и многомодовое волокно (Multimode Fiber, MMF).

В одномодовом волокне используется сердечник очень малого диаметра, при этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси сердечника, не отражаясь от внешней оболочки, как показано на рис. 5.8. Одномодовые волокна используются для пе­редачи данных со сверхвысокими скоростями (несколько десятков Гбит/с) на расстояния до нескольких сотен километров. Однако их изготовление представляет собой очень сложный технологический процесс, что делает его достаточно дорогим.

Световой луч

Волокно

Источник света

Рис. 5.8. Одномодовое волокно

В многомодовом волокне используется более широкий сердечник, в котором одновременно существуют несколько световых лучей, от­ражающихся от внешней оболочки под разными углами. Кроме того многомодовые волокна подразделяются на волокна со ступенчатым показателем преломлении (рис. 5.9, а) и волокна с плавным пока­зателем преломлении (рис. 5.9, б). Многомодовые волокна использу­ются в основном для передачи данных на скоростях до 1 Гбит/с на не­большие расстояния. Зато их легче изготовить технологически.

В качестве источников света в оптоволоконных кабелях применя­ются светодиодные излучатели и лазеры. Для одномодовых кабелей, как правило, применяются только лазеры, а светодиодные излучатели используются только для многомодовых кабелей.

б

Рис. 5.9. Многомодовые волокна: а - со ступенчатым показателем преломления: о с плавным показателем преломления

Монтаж оптоволоконного кабеля

Оптоволоконные кабели подключаются к сетевому оборудованию с помощью оптических разъемов типа FC, SC и ST. Перечисленные типы оптических разъемов изображены на рис. 5.10.

и б в

Рис. 5.10. Оптические разъемы типа: а - FC; б - SC; в - ST

Сращивание отдельных частей оптоволоконного кабеля осуществ­ляется с помощью сварки его оптических волокон. Для сварки оптиче­ских волокон используются специальные сварочные аппараты, кото­рые, благодаря микропроцессорам внутри них, упрощают процесс со­единения волокон с наименьшими потерями. Процесс сварки включает в себя нагревание и плавление копчиков волокон с последующим их точ ным соеди не и нем.