Характеристики линий связи в компьютерных сетях

Введение

В соответствии с объектом и предметом исследования были поставлены следующие задачи: осветить основные исторические этапы становления  и развития линий связи; перечислить  основные виды каналов связи для  компьютерных сетей; рассмотреть существующие стандарты линий связи.

За последний этап развития в области связи, максимальное распространение приобрели оптические кабели и волоконно-оптические системы передачи, которые по своим характеристикам намного превосходят все традиционные кабели системы связи. Связь по волоконно-оптическим  кабелям, является одним из ключевых направлений научно-технического прогресса. Кабели и оптические системы применяются не только для вычислительной техники, но ещё и для организации телефонной городской, а так же междугородней связи,   кабельнoго  телевидения, видеотелефoнии, радиoвещания, технологической  связи и т.д.

В настоящее время, с  каждым днем все более увеличивается  количество корпоративных сетей, существующие сети расширяются, возрастает число  пользователей этих сетей. Причем растут также и требования. Главными направлениями социального и экономического развития страны определена программа дальнейшего развития связи, которая предусматривает продолжить развитие и повысить надёжность связи страны на базе новейших достижений науки и техники и развить высокоавтоматизированное производство волоконно-оптических кабелей связи.

Немаловажное место занимают кабельные линии связи, имеющие хорошую защищенностью каналов связи от атмосферных влияний и различного рода помех, высокой устойчивостью и долговечностью. Данные качества особенно проявляются на современном этапе развития техники кабельной связи с применением многоканальных систем связи.

Цель работы – рассмотрение понятия линий связи и более  детальное изучение использования их в компьютерных сетях. Объектом исследования данной работы являются линии связи. Предметом исследования – основные виды и стандарты линий связи, применяемые для компьютерных сетей.

Курсовая работа состоит  из трех глав. В первой главе представлено историческое развитие каналов связи. Во второй главе раскрывается понятие линий связи, приводятся их основные характеристики, перечислятся основные виды каналов связи, применяемые в компьютерных сетях: «витая пара», коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель; беспроводная среда передачи данных. В третьей главе рассматриваются основные стандарты линий связи для компьютерных сетей.

 

Основная часть

1 Основные виды линии связи

 

1.1  Кабель типа «витая пара»

 

В кабелях данного типа ("витая пара") для передачи сигналов используются одна или более пар свитых медных проводников. Данный кабель обширно используется в телекоммуникациях.

Так как медные проводники, пропускающие электрические сигналы, тесно прилегают друг к другу, каждый из них может создавать помехи в другом. Такое взаимодействие проводников называется перекрестными наводками. Для снижения перекрестных и внешних помех проводники перекручиваются. Перекручивание дает возможность сигналам, испускаемым проводниками, гасить друг друга и предохранять кабель от внешних помех

На рисунке А-1 изображен кабель «витая пара».

Существует два типа кабеля «витая пара»:

• Неэкранированная «витая пара» (Unshielded Twisted Pair, UTP);
• Экранированная «витая пара»(Shielded Twisted Pair, STP).

Кабель типа "неэкранированная витая пара" (UТР) содержит несколько витых пар в пластмассовой оболочке.

На рисунке А-2 изображена неэкранированная «витая пара».

Кабель "неэкранированная витая  пара" может состоять из четырех  или восьми проводников. Кабель UТР с четырьмя жилами называется двухпарным. Сетевые топологии, использующие UТР, требуют применения как минимум двухпарного кабеля. ¹

Поскольку кабель UТР первоначально применялся в телефонных системах, прокладка UТР часто напоминает установку телефонных систем. Для четырехпарного кабеля необходим модульный разъем Rj-45. Для двухпарного кабеля нужен телефонный разъем Rj-11. Два разъема (коннектора) подключаются к обоим концам соединительного кабеля. Один разъем вставляется в компьютер или другое устройство, а другой — в стенную кабельную розетку. Стенная розетка соединяет ответвительный кабель сети (абонентский отвод) с основным кабелем.

Основной кабель подключается к  коммутационной панели. Коммутационная панель обеспечивает связь с помощью  основных соединительных кабелей с  другими пользовательскими и коммуникационными устройствами.

Основные характеристики кабеля:

• стоимость - стоимость кабеля UТР очень низка по сравнению с другой средой передачи данных;
• установка - прокладка кабеля UТР проста и не требует особой квалификации. Поскольку для UТР необходимо оборудование, аналогичное аппаратуре телефонной связи, обслуживание и реконфигурация сети будет несложной;
• пропускная способность - при использовании большинства имеющихся технологий кабель UТР поддерживает передачу данных со скоростью от 1 до 155 Мбит/с на расстояние до 100 метров. Наиболее распространена скорость передачи 10 Мбит/с;
• число узлов - поскольку кабелем UТР можно соединить только два компьютера, число компьютеров в сети UТР не может ограничиватся кабелем. Определяется концентратором (или концентраторами), соединяющим эти кабели. В сети Ethernet верхний предел составляет 75 узлов на один домен, но фактически зависит от типа трафика в сети. Согласно спецификации, верхний предел равен 1024 узлам, но вряд ли удастся его достичь;
• затухание - сигнал, передаваемый по медному кабелю, обычно быстро затухает. Из-за этого при использовании UТР расстояние обычно ограничивается 100 метрами;
• электромагнитные помехи - кабель UТР сильно подвержен ЕМI. Скручивание значительно понижает перекрестные наводки, но все же некоторые шумы остаются. Кроме того, электромагнитные волны могут испускаться такими внешними устройствами, как электрические моторы и люминесцентные лампы. Поскольку медный кабель также генерирует сигналы, UТР подвержен перехвату информации.

Единственное в чем заключается  отличие между «экранированной витой парой» (SТР) и UТР это то, что кабель SТР экранирован (обычно покрыт алюминиевой/полиэстеровой оболочкой). Данный экран защищает внутреннюю оболочку кабеля

На рисунке А-3 изображена экранированная «витая пара».

SТР был первым кабелем "витая пара", использованным в локальной сети. В настоящее время широко используются оба типа витой пары.                                                                                                                                    

SТР обладает следующими характеристиками:

• стоимость - основная масса кабелей SТР имеет высокую стоимость. Кабели SТР дороже, чем UТР и тонкий коаксиальный кабель, но дешевле, чем толстый коаксиальный или волоконно-оптический кабель;
• установка - необходимость применения специальных разъемов делает установку SТР более трудной, чем UТР. Разъемы должны заземляться. Для упрощения следует использовать стандартизированные кабели. Поскольку SТР — жесткий и толстый кабель, работать с ним довольно трудно;
• пропускная способность – так как экранирование уменьшает воздействие внешних помех, теоретически SТР позволяет передавать 500 Мбит/с на расстояние 100 м. Между тем лишь в немногих инсталляциях скорость передачи данных превышает 155 Мбит/с. В настоящее время в большинстве сетей SТР данные передаются со скоростью 16 Мбит/с;
• число узлов - поскольку кабелем SТР можно соединить только два компьютера, число узлов в сети SТР ограничивает концентратором. В сети Token Ring полезный верхний предел составляет 200 узлов на одно кольцо, но он зависит от трафика в сети. Согласно спецификации верхний предел составляет 270 узлов;²
• затухание - стандартное ограничение составляет 100 метров;
• электромагнитные помехи - самая существенная разница между SТР и UГР состоит в уменьшении влияния ЕМI. Экранирование в значительной степени блокирует помехи, однако, как любой медный кабель, SТР все равно остается подверженным ЕМI и перехвату информации.

 

1.2  Коаксиальный кабель

 

Коаксиальный кабель имеет два проводника с общей центральной осью. В центре такого кабеля располжен сплошной медный проводник или многожильный провод. Он заключен в пластиковый вспененный изолированный слой. Такой же изолирующий слой покрывает второй проводник — цилиндрическую оплетку, металлическую фольгу или то и другое. Оплетка предохраняет провод от электромагнитных помех. Ее часто называют экраном. Внешний слой такого кабеля образует жесткая пластмассовая оболочка, обеспечивающая защиту и изоляцию.

На рисунке А-4 изображена коаксиальный кабель.

Наибольшее применение имеют кабели среднего (2,6/9,5мм) и малогабаритного (1,2/4,6мм) типов. В некoторых случаях применяют комбинированные кoнструкции кабелей, состоящие из 4, 6, 8 коаксиальных пар среднего типа и 4, 6 малогабаритных пар. Средние коаксиальные пары предназначаются для организации многоканальной связи и телевидения на большие расстoяния между окoнечными пунктами и крупными узлами связи. Малoгабаритные коаксиальные кабели предназначены для строительства кабельных магистралей ограниченной протяженности, рокадных линий между магистралями,   устройства глубоких вводов радиoрелейных линий и обеспечения oбластных связей. Дoстоинствами этих кабелей являются простота конструкции, дешевизна и технологичность их изготовления.

Сети на коаксиальном кабеле создаются  путем объединения Т-образных секций в один длинный сегмент. Два свободных  конца сегмента завершаются терминаторами. На рисунке А-5 изображены терминатор и Т-коннектор.  Персональный компьютер подключаются к одному из концов Т-образной секции. Данные передаются вдоль всего сегмента и достигают всех устройств, входящих в сегмент. На рисунке А-6 изображено соединение компьютеров с помощью коаксиального кабеля

Для того чтобы сеть действовала, весь сегмент обязан оставаться неповрежденным. Это значит, что, если какая-нибудь из секция кабеля повреждена либо отключена, то и сеть работать не будет. В процессе модернизации сети (например, путем добавления новых ПК) происходит разрыв сегмента, что делает сеть временно неработоспособной. Коаксиальный кабель может использоваться только для сетей стандарта Ethernet.

Коаксиальный кабель имеет следующие  характеристики:

 

• стоимость - коаксиальный кабель относительно недорог. Стоимость тонкого коаксиального кабеля меньше, чем SТР или UTР категории 5. Толстый коаксиальный кабель дороже SТР или UTР категории 5, но все же дешевле волоконно-оптического кабеля;
• установка - после небольшой практики подсоединение разъемов становится несложным, а сам кабель устойчив к различным повреждениям. Коаксиальный кабель требует наличия оконечной нагрузки и заземления. Заземление завершает электрическую цепь;
• пропускная способность - типичная скорость передачи данных для современной коаксиальной сети составляет 10 Мбит/с;
• число узлов - специфицируемый максимум числа узлов для сегмента тонкой Еthernet составляет 30, а для сегмента толстой Еthernet — 100 узлов;
• затухание - из-за использования медного кабеля сигнал в коаксиальном кабеле затухает, но в меньшей степени, чем в кабеле "витая пара". Длина кабельных сегментов ограничивается двумя тысячами метров;
• электромагнитные помехи - медный коаксиальный кабель остается подверженным ЕМI и перехвату информации. ³

 

 

 

1.3  Волоконно-оптический кабель

 

Волоконно-оптический кабель передает не электрические, а световые сигналы. Он намного более эффективный, чем другая среда передачи данных. Когда снизится его стоимость, этот кабель станет оптимальным выбором для сетей.

Волоконно-оптический кабель имеет  внутренний сердечник из стекла или  пластика, проводящий свет. Внутренний сердечник кабеля покрыт оболочкой — слоем стекла, отражающим свет. Оптическое волокно заключено в защитную пластиковую оболочку, которая может иметь различную жесткость.

На рисунке А-7 изображен пример двух типов волоконно-оптических кабелей

В жестких, усиленных конфигурациях  волокна полностью "упакованы" в пластиковую оболочку, а для  укрепления кабеля он иногда содержит усиливающие жилы. В облегченных  конфигурациях между внутренней и внешней оболочкой оставлено пространство, заполненное гелем или другим специальным материалом. Внутренняя защитная оболочка обеспечивает необходимую жесткость, делающую кабель устойчивым к разрывам, а также перегреву или переохлаждению. Дополнительную защиту дает гель, усиливающие жилы и внешняя оболочка.

Кабель может содержать  одно светопроводящее волокно, но обычно их несколько. Волоконно-оптический кабель компактнее и легче, чем медный. Диаметр одного волокна примерно соответствует человеческому волосу.

Имеется несколько типов оптических волокон, имеющих различные свойства. Они отличаются друг от друга зависимостью коэффициента преломления от радиуса центрального волокна. На рисунке А-8 изображены три вида волокна (А, Б и В). Буквами А и Б отмечен мультимодовый вид волокона. Тип Б имеет меньшую дисперсию времени распространения и по этой причине вносит меньшие искажения формы сигнала. Установлено, что, придавая световым импульсам определенную форму, дисперсионные эффекты можно полностью исключить. При этом появляется возможность передавать импульсы на расстояние в тысячи километров без искажения их формы. Такие импульсы называются солитонами.

Буквой В помечен одномодовый  вид волокна (понятие мода связано с характером распространения электромагнитных волн). В упрощенном виде можно считать, что мода - это одна из возможных траекторий, по которой может распространяться свет в волокне. Чем больше мод, тем больше дисперсионное искажение формы сигнала. Одномодовое волокно позволяет получить полосу пропускания в диапазоне 50-100 ГГц-км. Эта разновидность волокна воспринимает меньшую долю света на входе, за то обеспечивает минимальное искажение сигнала и минимальные потери амплитуды. Следует также иметь в виду, что оборудование для работы с одномодовым волокном значительно дороже. Число мод, допускаемых волокном, в известной мере определяет его информационную емкость. Модовая дисперсия приводит к расплыванию импульсов и их наезжанию друг на друга. Дисперсия зависит от диаметра центральной части волокна и длины волны света.