1. Среды передачи данных в сети

Информация в сети передается в последовательном коде, т. е. по одному проводу последовательно во времени происходит передача каждого разряда двоичного числа, поэтому средняя скорость передачи данных невелика. Альтернативой этому могла быть параллельная передача разрядов.

Почему нельзя применить параллельный код для передачи данных в сети? Это связано с тем, что тогда сетевой кабель будет многожильным, т.е. весьма дорогостоящим. Также придется делать для каждой жилы (разряда) свой приемопередатчик, в то время как для последовательного кода требуется один приемопередатчик.

Рассмотрим основные среды передачи данных в компьютерных сетях.

1. Витая пара (twisted pair, ТР).

Кабель содержит две или более пары проводов, скрученных один с другим по всей длине кабеля. Скручивание позволяет повысить помехоустойчивость кабеля и снизить влияние каждой пары на все остальные. Это самый дешевый тип среды. Может быть неэкранированный перевитой провод (UTP – Unshielded Twisted Pair), либо экранированный (STP), но характеристики у таких проводов разные.

Недостатки:

низкая помехозащищенность и большой уровень собственного излучения (для UTP);

возможность несанкционированного подключения к линии.

Иногда применяется экранированная витая пара (STP – Shielded Twisted Pair). Внутри оплетки имеется 4 (или более) пары проводов. Иногда каждая пара проводов имеет свою собственную оплетку. Медный кабель витая пара в зависимости от электрических и механических параметров бывает 5 категорий (CAT1, CAT2, CAT3, CAT4, CAT5). Все категории кабеля имеют 4 пары проводников. Каждая пара имеет свой цвет и шаг скрутки. Наиболее распространенным сейчас кабелем является САТ5.

Кабели CAT6 и CAT7 состоят из экранированных пар проводов и предназначены для передачи данных со скоростью до 600 Мбит/сек.

Волновое сопротивление витой пары САТ5 составляет около 100 Ом. Для экранированной витой пары – 150 Ом.

Погонное затухание для кабеля витая пара на частоте 10 МГц составляет 1 …3 дБ/м. (Получается, что если длина кабеля = 20 м, то затухание сигнала по напряжению может достигать 10 раз).

Задержка сигнала (погонная) 8…12 нс/м.

2. Коаксиальный кабель (coaxial).

Состоит из центрального проводника (сплошного или многожильного), покрытого слоем полимерного изолятора, поверх которого расположен другой проводник (экран). Экран представляет собой оплетку из медного провода вокруг изолятора или обернутую вокруг изолятора фольгу. В высококачественных кабелях присутствуют и оплетка и фольга. Коаксиальный кабель обеспечивает более высокую помехоустойчивость по сравнению с витой парой, но он дороже. Существуют различные виды коаксиальных кабелей.

Скорость в коаксиале обычно до 10 Мбит/с, но имеются и более современные кабели со скоростью до 100 Мбит/сек и выше. Максимальная длина сети – несколько километров.

Погонное затухание коаксиала 0,1 …1 дБ/м, а погонная задержка сигнала 4 …5 нс/м.

3. Волоконно-оптический кабель (ВОК).

Здесь требуется аппаратура преобразования электрического сигнала в световой (это дороже). По такому кабелю передается информация в световом диапазоне радиоволн. Оптоволоконный кабель состоит из двух проводов (световодов), причем каждый из них может передавать данные только в одном направлении. В каждой оболочке провода находятся усиливающие волокна из слоев пластика (для механической прочности).

Помехоустойчивость такого кабеля высокая. Достоинством является также отсутствие собственного излучения, поэтому при передаче данных реализуется их высокая секретность.

Обычно скорость передачи данных по ВОК – несколько Гбит/с (до 3 Гбит). Однако есть сообщение, что инженерам фирмы Alcatel удалось передать данные по подводному оптоволоконному кабелю на расстояние свыше320 км со скоростью 1,6 Тбит/сек (т.е. 1,6 *10¹⁵ бит/сек) без применения повторителей.

В ВОК малы погонные затухания (5 дБ/км), поэтому длина сетевого кабеля может достигать много десятков километров.

Задержка сигнала в ВОК составляет около 5 нс/м.

Оптоволоконный кабель применяется в сетях, использующих метод доступа FDDI.

Недостатки ВОК:

сложность монтажа;

малая механическая прочность;

долговечность меньше, чем у коаксиального кабеля;

чувствительность к ионизирующим излучениям, т. к. снижается прозрачность волокна и затухание увеличивается;

высокая стоимость.

4. Радиоканал.

Здесь нет кабеля связи между взаимодействующими в сети ПК, что весьма удобно. Скорость обмена данными до 100 Мбит/с (зависит от диапазона волн).

Недостатки:

высокая стоимость приемопередатчиков;

низкая помехозащищенность;

низкая секретность;

низкая надежность связи.

5. Инфракрасный канал.

Применяется для связи между ПК в одной комнате.

Достоинства:

как у радиоканала;

отсутствие чувствительности к электромагнитным помехам.

Недостатки:

как у радиоканала;

связь может быть только в условиях прямой видимости между ПК.

6. Домашняя электропроводка как среда передачи данных.

Летом 2001 года представители альянса HomePlug Powerline Alliance обнародовали спецификацию развиваемого ими варианта домашних компьютерных сетей на базе имеющейся электропроводки. Поскольку электрические розетки в изобилии имеются в каждом доме, приверженцы подобного решения полагают, что такая технология построения сетей окажется проще и дешевле всех других вариантов. Реальная скорость передачи данных в такой сети близка к 10 Мбит/сек, т.е. такая же как и в традиционных сетях.

Передача данных по электрической сети, к которой может получить доступ любой желающий, порождает вопросы, связанные с защитой информации. В этой связи предполагается введение шифрования данных. Для исключения влияния помех от бытовых электроприборов предусмотрена возможность смены частоты сигнала.

На рынке уже имеются устройства, превращающие электророзетки в порты Ethernet. Для создания домашней локальной сети достаточно подключить такой блок к розетке и соединить его стандартным кабелем с компьютером.