Чтобы компьютеры могли взаимодействовать, необходима какая-либо среда, обеспечивающая возможность передачи сигналов на физическом уровне модели ISO/OSI. Этот уровень имеет дело с передачей битов по физическим каналам, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. Тут определяются характеристики электрических сигналов, такие как требования к фронтам импульсов, уровням напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме этого, здесь стандартизуются типы разъемов и назначение каждого контакта. Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом. Наиболее часто в компьютерных сетях применяются кабельные соединения, выступающие в качестве среды передачи электрических или оптических сигналов между компьютерами и другими сетевыми устройствами. При этом используются следующие типы кабеля:

1. коаксиальный кабель (coaxial cable);

2. витая пара (twisted pair):

• неэкранированная (unshielded, UTP),

• экранированная (shielded, STP);

3. волоконно-оптический, или оптоволоконный кабель (fiber optic).

В

3

рамках письменной экзаменационной работы мы рассмотрим наиболее распространённые виды кабельных соединений и выберем наилучшую, для использования в сетевой инфраструктуре.

3

Еще десять-пятнадцать лет назад при создании сетей в основном применялся именно коаксиальный кабель, состоящий из передающей сигнал медной или алюминиевой жилы, слоя изоляции, экранирующей оплетки из медных проводов или алюминиевой фольги и защитной внешней оболочки (рис.1).

Рис. 1

Для передачи сигнала в коаксиальном кабеле использовалась центральная жила, тогда как оплетка заземлялась, выступая в роли «электрического нуля».

П

5

ри этом использовались два возможных типа кабеля — «тонкий» и «толстый». (Рис 2)

Рис. 2

Тонкий коаксиальный кабель — гибкий, диаметром около 0,5 см, позволял передавать данные без затухания на расстояния до 185 м (в реальных сетях — даже до 300 м).

Д

6

ля подключения кабеля к сетевым устройствам применялись специальные разъемы типа BNC. (рис 3)

Рис. 3

Н

7

а концах отрезков кабеля монтировались простые BNC-коннекторы. Сращивание этих отрезков производили с помощью BNC I-коннекторов (или «баррел-коннекторов»), а для соединения с сетевыми адаптерами и устройствами использовались BNC Т-коннекторы. Рис 4

Рис. 4

Чтобы отраженный сигнал поглощался на концах кабеля, там устанавливали BNC-терминаторы, один из которых обязательно заземлялся

Толстый коаксиальный кабель — относительно жесткий, диаметром чуть больше 1 см. В нем медная жила была толще, чем у тонкого коаксиального кабеля и, следовательно, ее электрическое сопротивление было меньшим. Поэтому толстый коаксиальный кабель позволял передавать сигнал на расстояния до 500 м.

Д

8

ля подключения к толстому коаксиальному кабелю применялись специальные устройства — трансиверы (от «transmitter-receiver» — «приемо­передатчик») с довольно оригинальным названием «сетевой вампир». В качестве разъемов использовались AUI- или DIX-коннекторы (рис.5).

Рис 5

Широкое распространение сетей, построенных на основе коаксиального кабеля, было вызвано двумя обстоятельствами: дешевизной (особенно для сетей на тонком коаксиальном кабеле) — расходы на кабель и коннекторы были минимальными, а больше для небольших сетей ничего и не требовалось, и простотой — достаточно было проложить магистральный кабель, установить на его концах терминаторы и подключить к нему все компьютеры, — и сеть готова

9

9

1.1. Основные характеристики коаксиального кабеля

• волновое сопротивление (50 Ом, 75 Ом и др.). Кабель с волновым сопротивлением 50 Ом применяется в системах передачи радиосигналов т.к. обеспечивает наименьшие потери в кабеле. Кабель с волновым сопротивлением 75 Ом обеспечивает хорошее согласование с волновым сопротивлением и меньшего ослабления сигнала. Как правило, применяется в телевизионной технике, в том числе и системах видеонаблюдения.

• сечение центральной жилы, бывают кабели, в которых центральная жила имеет три и более медных волосин. Такой кабель использовать не рекомендуется, лучше использовать кабель, в котором одна центральная жила (облегчается монтаж и его надежность).

• плотность оплетки, данный фактор влияет на степень сопротивления кабеля помехам. Рекомендуется использовать кабель имеющий оплетку плотным слоем из медной проволоки. В настоящее время на рынке кабелей имеются дешевые аналоги коаксиального кабеля, которые имеют не густую оплетку и не всегда медную обернутую в фольгу. Такая оплетка не является достаточной защитой от помех при использовании длинных трасс до 500м.

• затухание, чем ниже затухание на частоте 6 МГц тем лучше.

• Кабель для внутренней и внешней прокладки.

10

1.2. Монтаж коаксиального кабеля.

При монтаже коаксиального кабеля следует руководствоваться следующими правилами для того чтобы избежать большинства проблем возникающих в процессе эксплуатации данной системы.

1. Прокладку кабеля необходимо осуществлять цельным куском кабеля. В случае если кабель проходит вблизи электрических проводов необходимо отступить от них не менее 0.5 м.

2. Не допускаются повороты кабеля под прямым углом. Угол поворота должен быть плавно закругленным.

3. Не допускается на линии различных петель и изломов кабеля.

4. Оплетку коаксиального кабеля необходимо заземлять.

5. При использовании BNC разъемов рекомендуется выбирать разъемы под пайку, обеспечивая тем самым хороший контакт.

Тем не менее сейчас коаксиальный кабель в большинстве сетей заменен витой парой или оптическими кабелями в связи с малой пропускной способностью.

111

Витая пара — два скрученных друг с другом изолированных медных провода. Подавляющее большинство кабелей на основе витой пары состоит из четырех пар, перевитых с разным шагом для уменьшения электрических наводок со стороны соседних пар и внешних источников и покрытых пластиковой оболочкой (рис.6).

Рис 6

В

131

экранированной витой паре, кроме того, используется одна или несколько оплеток из алюминиевой или медной фольги, существенно повышающих помехозащищенность кабеля. (Рис. 7)

Рис. 7

Такие кабели выпускаются в соответствии со стандартом ЕIА/ТIА 568 («Американский стандарт проводки в коммерческих зданиях») и подразделяются на категории. Кабели разной категории различаются, в первую очередь, шагом скрутки витых пар. Чем меньше шаг, тем выше категория и тем больших скоростей передачи данных можно достичь при его использовании (табл. 1).

Категории кабеля «витая пара»

Категория	Характеристика
CAT 1	Телефонный кабель 1 пара, не описано в рекомендациях EIA/TIA для передачи данных. (в России применяется кабель и вообще без скруток — «лапша» — у неё характеристики не хуже, но больше влияние помех). В США использовался ранее, только в «скрученном» виде. Используется только для передачи голоса или данных при помощи модема (не подходит для современных систем)
CAT 2	2 141 -парный старый тип кабеля. Поддерживает передачу данных со скоростью до 4 Мбит/с. Использовался в сетях Token Ring и ARCNet (не подходит для современных систем). Сегодня иногда применяется в телефонных сетях
CAT 3	2-парный кабель. Использовался в сетях Token Ring и 10BASE-T. Поддерживает передачу данных со скоростью только до 10 Мбит/с. на расстоянии не дальше 100 метров. В отличие от предыдущих двух, отвечает требованиям стандарта IEEE 802.3. Применяется в телефонных сетях
CAT 4	4-парный кабель. Использовался в сетях Token Ring, 10BASE-T, 10BASE-T4 для скоростей до 16 Мбит/с. по одной паре. Сегодня практически не используется
CAT 5	Именно этот 4-парный кабель обычно подразумевается под названием «витая пара». Способен передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с. при использовании двух пар (Fast Ethernet) и до 1000 Мбит/с — при использовании всех четырех пар (Gigabit Ethernet). Наиболее распространен в современных локальных сетях, хотя при прокладке новых сетей чаще применяется кабель категории 5е (5 (уточненные/улучшенные спецификации), лучше пропускающий высокочастотные сигналы. Выпускается также в экранированном варианте
CAT 6	4 15 -парный кабель (экранированный или неэкранированный). Способен передавать данные со скоростью до 10000 Мбит/с (10 Gigabit Ethernet) на частотах до 200 МГц. на расстояние до 55 м. В кабелях категории 6е предельная частота передачи увеличена до 500 МГц. Что позволило увеличить расстояние передачи до 100 м. без потери скорости. Более половины современных сетей строится с использованием кабеля этой категории
CAT 7	4-парный кабель, спецификация для которого еще окончательно не утверждена. Скорость передачи данных — до 10000 Мбит/с, частота пропускания — до 600-700 МГц. Все отдельные пары и сам кабель для этой категории экранированы. Последние версии в данной категории позволяют вести передачу данных на скоростях до 40 Гбит/с на расстояние до 50 м. и до 100 Гбит/с на расстояние до 15 м

табл. 1

Благодаря своей дешевизне, легкости в установке и универсальности (может использоваться в большинстве сетевых технологий), неэкранированная витая пара (UTP — Unshielded twisted pair) сейчас является самым распространенным типом кабеля, используемым при построении локальных сетей. Экранированная витая пара (STP — Shielded twisted pair), несмотря на большую помехозащищенность, не получила широкого распространения из-за сложностей в установке — требуется заботиться о заземлении, да и кабель по сравнению с неэкранированной витой парой более жесткий.

Витая пара подключается к компьютерам и другим устройствам с помощью восьмиконтактного разъема RJ-45 (Registered Jack 45) (Рис 8)

16

Рис 8