1.4 Середовища передавання у комп'ютерних мережах

Техніко-експлуатаційні характеристики середовищ передавання такі: час і швидкість розповсюдження сигналів, вартість, швидкість загасання сигналу на одиницю довжини кабелю з урахуванням його частоти, опір одного метра, маса одного метра, завадостійкість у різних навколишніх середовищах, випромінювання в довкілля.

Важливіш параметром якості кабелю є перехідне загасання на ближньому кінці (Near End Crosstalk (NEXT)). Електричний струм у дроті створює електромагнітне поле, яке відповідно спричинює завади в сусідніх дротах, причому чим більша частота сигналу, тим більші завади. NEXT характеризує ступінь цих завад. У якісних кабелях з високим загасанням рівень корисного сигналу значно вищий, ніж рівень завад, які генеруються в цьому випадку.

Параметр випромінювання в довкілля (Electromagnetic Interference (EMI)) характеризує ступінь та параметри паразитного випромінювання, яке генерується під час передавання сигналу кабелем).

У KM можна використовувати такі середовища передавання.

Ефірні середовища

Передавання в ефірних середовищах відбувається без використання кабелів. Залежно від частоти передавання ефірні канали поділяють на радіо-, інфрачервоні, ультракороткохви­льові, мікрохвильові.

Будь-який радіоканал формується на певній частоті-носію. Інформація по ньому пере­дається за допомогою модульованого радіосигналу. Канал характеризується невисокою швид­кістю передавання (20-150 Кбіт/с), середньою вартістю, доступністю для всіх видів радіозавад, працює тільки в межах радіодосяжності. Його використовують головно в пересувних станціях.

В інфрачервоному каналі сигнали інфрачервоних частот передають малогабаритні передавачі та приймають чутливі приймачі. Канал працює тільки в межах прямої оптичної видимості. Він нечутливий до електромагнітних завад. Відстань між станціями - до 3 км, швид­кість передавання - 2-4 Мбіт/с. Приймачі та передавачі інфрачервоного діапазону досить дешеві. Недоліки каналу: недовговічність апаратури, велике загасання сигналів, якщо погана прозорість повітря (наприклад, є запиленість).

Для налагодження ультракороткохвильового каналу потрібна ультракороткохвильова приймальна та передавальна апаратура. Передавання відбувається за допомогою частотно-мо­дульованих сигналів у досить широкому діапазоні частот. Це дає змогу створити велику кіль­кість каналів. Інформація передається на відстань 0.7-1.5 км зі швидкістю 20-40 Мбіт/с. Пе­реваги каналу такі: мала потужність апаратури, наявність великої кількості каналів, можли­вість роботи в умовах поганої та непрямої видимості. Загалом ультракороткохвильовий канал має таку ж ефективність, як і радіоканал.

У мікрохвильовому каналі використано нову форму середовища передавання даних. Сигнали випромінюють спеціальні лазери, а приймають фотозчитувачі. Канал добре працює в зоні прямої видимості. Інформація передається на відстань 15-20 км зі швидкістю до 20 Гбіт/с. Апаратура каналоутворення сьогодні є досить дорогою і недостатньо досконалою.

Загалом ефірними середовищами передається до кількох відсотків загального обсягу інформації КМ. Сьогодні значення таких середовищ у КМ зростає, що пов'язане з розвитком мереж безпроводового передавання.

Коаксіальний кабель

Коаксіальні кабелі поряд зі скрученою парою є найпоширенішим середовищем переда­вання даних у КМ. Вони мають високу швидкість передавання, завадостійкість, довговічність, помірну вартість. Для них розроблені прості засоби спряження з ЛМ.

За техніко-експлуатаційними характеристиками розрізняють широко- та вузькосмугові коаксіальні кабелі.

Широкосмугові коаксіальні кабелі мають швидкість передавання сигналу 300-500 Мбіт/с, загасання сигналу на частоті 100 МГц-до 7 Дб на 100 м. Термін придатності - 10-12 років. Погонна затримка поширення сигналів - 2-5 нс/м.

Вузькосмугові кабелі мають швидкість передавання до 50 Мбіт/с, загасання сигналів на частоті 10 МГц - 4 Дб на 100 м. Решта параметрів збігається з аналогічними в широкосму­гових кабелях.

Довжина кабелю в КМ переважно визначається загасанням сигналу. Якщо сигнал загасає дуже сильно, то ставлять повторювач, який поновлює його.

Волоконно-оптичний кабель

У цих кабелях як фізичне середовище використовують прозоре скловолокно. Найпрос­тіший кабель складається з кварцової серцевини діаметром 20-60 мкм, навколо якої нанесена тонка плівка з меншим коефіцієнтом відбиття. Швидкість передавання сигналів кабелем 0.2-1.0 Гбіт/с. Теоретично можлива максимальна швидкість передавання - 200 Гбіт/с. Довжина сполучень - 110 км.

Розрізняють два типи оптичних волокон: одно- та багатомодові. В одномодових во­локнах серцевина має діаметр ~ 10 мкм. Для генерації світла використовують напів­провідникові лазери. Передавання інформації відбувається на довжинах хвиль 1.3, 1.55 мкм. Смуга перепускання — 2 ГГц, її ширина не залежить від довжини лінії. Загасання сигналу 0.7 Дб/км. У кожен момент часу може поширюватись сигнал тільки одного променя (моди). Максимальна відстань передавання -до ПО км. Однак вартість лазерів та фотоприймачів висока. багатомодових волокнах діаметр серцевини = 50.0, 62.5, 100.0, 140.0 мкм. Для гене­рації світла використовують суперлюмінесцентні діоди. Передавання інформації від­ від­бувається на хвилях 1.3 та 0.85 мкм. Смуга перепускання — 800—900 МГц, її ширина залежить від довжини лінії. Загасання сигналу 0.5—7.0 Дб/км. Максимальна відстань передавання — кілька кілометрів. Одночасно можуть передаватися сигнали кількох про­менів (мод), що входять у кабель під різними кутами.

У волоконно-оптичних кабелях значно менше (порівняно з коаксіальними) загасання сигналів, вища швидкість передавання, широка частотна смуга передавання, вони нечутливі до електромагнітних завад. Водночас такі кабелі мають малу механічну стійкість, їх не можна гнути, терти, пересувати, вони не витримують вібрації. Якщо виник розрив, то його треба заварити, для чого потрібне складне та дороге обладнання. Крім того, в місці зварювання буде втрачатися частина сигналу. Це стримує їхнє розповсюдження. Сьогодні волоконно-оптичні кабелі вважають найперспективнішими для нової ATM технології передавання даних, побудо­ви магістральних інформаційних мереж.

Спочатку волоконно-оптичні кабелі виготовляли зі скла. Сьогодні щораз частіше застосовують прозорі пластикові волокна. Це значно підвищує механічну стійкість, однак зменшує допустиму відстань передавання.

Скручена пара дротів

Цей тип кабелю є найдешевшим і найпоширенішим. Максимальна відстань передавання у ньому 1.5-2.0 км, максимальна швидкість —1.2 Гбіт/с. Має гірший, ніж у коаксіальному кабелі, захист від завад. Тривалість поширення сигналу 8-12 нс/м. Загасання сигналу 12-28 Дб на 100 м на частоті 10 МГц. Термін експлуатації - 2-6 років. Канал найдешевший в укладанні. Сьогодні скручена пара є головним середовищем передавання в локальних мережах.

Розрізняють декілька типів скручених пар. Найрозповсюдженішою є неекранована (Un­shielded Twisted Pair (UTP)), Вона найдешевша, однак під час її експлуатації виникають проб­леми з ЕМІ. Крім того, використовують фольговану (Folged Twisted Pair (FTP)), та екрановану скручені пари (Shielded Twisted Pair (STP)), а також їхні комбінації.

Плоский кабель

Такий кабель складається з 12 і менше дротів, об'єднаних загальною екранною сіткою та ізольованих один від одного. Передавання відбувається на відстань до 15 м. Швидкість передавання така ж, як у скрученої пари.