ККС Часть1

источниками импульсного электрического шума являются моторы, переключатели и сварочные агрегаты. Электрический шум измеряется в милливольтах.

Диаметр или площадь сечения проводника. Для медных проводников до-

статочно употребительной является американская система AWG (American Wire Gauge – американские калибры проводов), которая вводит некоторые условные типы проводников, например 22 AWG, 24 AWG, 26 AWG. Чем больше номер типа проводника, тем меньше его диаметр. В вычислительных сетях наиболее употребительными являются типы проводников, приведенные выше в качестве примеров. В европейских и международных стандартах диаметр проводника указывается в миллиметрах.

Коаксиальный кабель (coaxial cable, или coax) имеет конструкцию, схематически представленную на рисунке 1.1. Здесь электрическими проводниками являются центральная жила и экранирующая оплетка. Диаметр жилы и внутренний диаметр оплетки, а также диэлектрическая проницаемость изоляции между ними определяют частотные свойства кабеля. Материал и сечение проводников и изоляции определяют потери сигнала в кабеле и его импеданс. В идеальном случае электрическое и магнитное поля, образующиеся при прохождении сигнала, целиком остаются внутри кабеля, так что коаксиальный кабель не создает электромагнитных помех. Также он малочувствителен к внешним помехам (если он находится в однородном поле помех). На практике, конечно же, коаксиальный кабель и излучает, и принимает помехи, но в относительно небольшой степени. Самый лучший по свойствам коаксиальный кабель, применяемый в телекоммуникациях, – толстый желтый кабель Ethernet имеет посеребренную центральную жилу толщиной 2 мм и двойной слой экранирующей оплетки. Коаксиальный кабель используется только при асимметричной передаче сигналов, поскольку он сам принципиально асимметричен.

Главный недостаток коаксиального кабеля – ограниченная пропускная способность – в локальных сетях «потолок» 10 Мбит/с достигнут в технологии Ethernet 10Base2 и 10Base5. В разных приложениях используется коаксиальный кабель с различными значениями импеданса: 50 Ом – Ethernet, 75 Ом – переда-

12

ча радио- и телевизионных сигналов, 93 Ом – в ЛВС ARCnet. Типы популярных коаксиальных кабелей приведены в таблице 1.1.

Рисунок 1.1. Коаксиальный кабель. 1 – центральная жила, 2 – диэлектрик, 3 – оплетка, 4 – изолирующий защитный чулок

Таблица 1.1. Характеристики коаксиальных кабелей

*– о/ж – одножильный, м/ж – многожильный.

Для соединения коаксиального кабеля применяют коаксиальные коннекторы. Их импеданс должен совпадать с импедансом кабеля, иначе в местах соединения возникнут отраженные сигналы, нарушающие нормальную работу аппаратуры. Чтобы не возникало отражений на концах, каждый кабельный сегмент должен оканчиваться терминатором – резистором, сопротивление которого совпадает с импедансом кабеля. Терминатор может быть внешним – подключаться к коннектору на конце кабеля, или внутренним – находиться внутри устройства, подключаемого этим кабелем. Для каждого приложения коаксиального кабеля характерен свой набор аксессуаров и правил подключения (топологических ограничений).

13

Коаксиальные кабели применяются в технологиях Ethernet 10Base5 и 10Base2. Ethernet для коаксиального кабеля допускает только шинную топологию. Кабельный сегмент (цепочка электрически соединенных отрезков) должен иметь на концах 50-омные внешние терминаторы. Каждый сегмент должен заземляться только в одной точке. Кабели оконцовываются коаксиальными вилками, для сращивания отрезков кабеля применяют I-коннекторы (N и BNC, в зависимости от типа кабеля) (рисунок 1.3).

Рисунок 1.2. Детали байонетного коннектора и разделка кабеля

Для «толстого» кабеля RG-8 (thick Ethernet) предназначены разъемы и терминаторы типа «N» (N-series connector) с винтовой фиксацией соединения. Кабель желтого цвета всегда имеет разметку в виде черных рисок через каждые 2,5 м, обозначающих возможные точки подключения (прокалывания кабеля) или отреза. Максимальная длина кабельного сегмента – 500 м, количество точек подключения – до 100. Если в один сегмент с помощью коннекторов соединяются несколько кабелей, рекомендуется, чтобы их длины были равны 23,4 п метров, где п – нечетное целое число. Если это не удается, то можно соединять по любым рискам. Кабель рекомендуется брать от одного производителя, чтобы не было неоднородностей скорости распространения сигнала.

Для «тонкого» кабеля RG-58 (10Base2) предназначены байонетные разъемы ВNС (рисунок1.3), фиксация в которых осуществляется с помощью выступов на неподвижном гнезде и прорезей на поворотной части вилки. Минимальная длина отрезка тонкого кабеля – 0,5 м, максимальная длина кабельного сегмента – 185 м, допустимое число точек подключения – до 30. Оконцовка кабеля выполняется так же, как и для N-коннекторов, разделка выполняется с помощью специального стрипера (рисунок1.4). Дополнительный элемент – резиновая трубка – одевается на кабель до начала разделки и предназначена для за-

14

щиты от излома кабеля около коннектора. Обжим производится с помощью кримпера (рисунок 1.5).

Для оконцовки кабеля необходимо:

разделать с помощью стриппера;

надеть обжимное кольцо на кабель;

на центральной жиле обжать контактную вставку;

одеть корпус коннектора до щелчка, с которым фиксируется вставка;

надвинуть обжимное кольцо на коннектор и обжать используя кримпер.

Качество подключения можно проверить тестером, замерив сопротивление между сигнальным и экранным контактами, выходящими снизу из корпуса адаптера.

Рисунок 1.3. Аксессуары для подключения коаксиального кабеля: а – BNC-коннектор, б – Т-

коннектор, в – I-коннектор, г – терминатор

Рисунок 1.4. Стриппер для разделки коаксиального кабеля

15

Рисунок 1.5. Кримпер для коаксиальных разъемов

Существуют коннекторы, устанавливаемые без кримпера, причем многократно. В них кабель фиксируется резьбовым зажимом. Есть коннекторы и под пайку (отечественные СР-50). Для подключения активного оборудования к кабельной шине применяют Т-коннекторы, при необходимости можно воспользоваться и адаптером с внешним трансивером. Кроме традиционных Т- коннекторов существуют тройники различной формы – Y-образные, H- образные.

В одном сегменте возможно использование и «толстого», и «тонкого» кабелей, для перехода между ними применяют соответствующие адаптеры – I- коннекторы с гнездом типа N на одном конце и BNC – на другом. В гибридном варианте («толстый»+«тонкий») максимальная длина (в метрах) «тонкого» кабеля определяется по формуле:

MaxThinLen = (500 – ThickLen)/3,28,

где ThickLen – длина толстого кабеля (в метрах). Допустимое количество узлов в сегменте – от 30 до 100, в зависимости от соотношения длины тонкого и толстого отрезков. Общие правила подключения аналогичны «чистым» вариантам.

Для обжима центральных контактов и колец фиксации экрана коаксиального кабеля существуют специальные кримперы, опять-таки специфичные для каждого типа коннекторов. Конструкция инструмента (наличие трещотки) требует обязательного дожима до конца хода, иначе инструмент сам не раскроется. Не дожимая, инструмент можно открыть, нажав на маленький рычажок трещотки. Внешние кольца лучше обжимать дважды, второй раз после поворота коннектора на 60° (или 120°).

16

Витая пара в качестве среды передачи используется во всех современных сетевых технологиях, а также в аналоговой и цифровой телефонии. Унификация пассивных элементов сети на витой паре стала основой для концепции постороения структурированных кабельных систем, не зависимых от приложений (сетевых технологий). Любые сети на витой паре (кроме устаревшей LocalTalk) основаны на звездообразной физической топологии, которая при соответствующем активном оборудовании может служить основой для любой логической топологии.

Кабели на скрученной, или витой паре (Twisted Pair cable или ТР) симметричны и используются для дифференциальной (балансной) передачи сигнала. Скрученная пара проводов по свойствам существенно отличается от пары тех же прямых проводов, идущих рядом параллельно друг другу. При скручивании оказывается, что проводники идут всегда под некоторым углом друг к другу, что снижает емкостную и индуктивную связь между ними. Кроме того, значительный отрезок такого кабеля для внешних полей оказывается симметричным (круглым), что снижает его чувствительность к наводкам (по дифференциальной помехе) и внешние излучения при прохождении сигнала. Чем мельче шаг скрутки, тем меньше перекрестные помехи, но и больше погонное затухание кабеля, а также время распространения сигнала. Кабель может иметь различное исполнение, отдельные пары могут иметь экран из медной проволоки и/или фольги. В общий экран могут быть заключены и все пары кабеля. Впервые в сетевых технологиях витая пара была применена в сетях Token Ring

– так называемый кабель IBMSTP Туре 1. Это был (и есть) дорогой и громоздкий кабель, требующий применения довольно крупных коннекторов. В настоящее время кабели на витой паре постоянно совершенствуются, главным образом в сторону расширения полосы пропускания. 100 МГц – это уже обычное значение для полосы пропускания кабеля, прорабатываются стандарты на кабели с полосой до 600 МГц.

Категория (Category) витой пары определяет частотный диапазон, в котором ее применение эффективно (ACR [отношение сигнал/шум] имеет положи-

17

тельное значение). В настоящее время действуют стандартные определения 8 категорий кабеля. Частотные диапазоны применимости кабелей различных категорий приведены в таблице 1.2. Категории определяются стандартом EIA/ТГА 568А. В последней графе приводится классификация линий связи, обеспечиваемых этими кабелями, по стандарту ISO 11801 и EN 50173.

Употребление в характеристиках или наименовании кабеля слова Power Sum означает более жесткий подход к определению перекрестных наводок (см. выше). Кабели категории 5 Power Sum имеют больший запас по NEXT и ACR, чем обычные кабели категории 5. Эти 4-парные кабели гарантируют работоспособность разделяемого кабеля для 100BaseTX.

Кроме общепринятых обозначений кабелей по категориям существует и классификация кабелей по типам (Туре), введенная фирмой IBM (таблице 1.3). В эту классификацию кроме медных кабелей попали и оптоволоконные.

Витая пара может быть как экранированной (shielded), так и неэкранированной (unshielded), вид кабелей приведен на рисунке 1.6. Терминология конструкций экрана неоднозначна, здесь используются слова braid (оплетка), shield

и screen (экран, защита), foil (фольга), tinned drain wire (луженый «дренажный» провод, идущий вдоль фольги и слегка ее обвивающий).

Неэкранированная витая пара (НВП) больше известна по аббревиатуре UTP (Unshielded Twisted Pair). Если кабель заключен в общий экран, но пары не имеют индивидуальных экранов, то, согласно стандарту (ISO 11801), он тоже относится к неэкранированным витым парам и обозначается UTP или S/UTP.

Сюда же относится ScТР (Screened Twisted Pair) или FTP (Foiled Twisted Pair) –

18

кабель, в котором витые пары заключены в общий экран из фольги, а также SFTP (Shielded Foil Twisted Pair) – кабель, у которого общий экран состоит из фольги и оплетки.

Таблица 1.3. Кабельная система IBM

19

Рисунок 1.6. Кабели витая пара: а – UTP категории 3-5; б – UTP категории 6; в – ScTP, FTP; г

– SFTP, д – STP Туре 1, е – PiMF. 1 – провод в изоляции, 2 – внешняя оболочка, 3 – сепаратор, 4 – экран из фольги, 5 – дренажный провод, 6 – экранирующая оплетка

Экранированная витая пара, она же STP (Shielded Twisted Pair), имеет множество разновидностей, но каждая пара обязательно имеет собственный экран. STP с обозначением вида «Туре хх» – «классическая» витая пара, введенная IBM для сетей Token Ring. Каждая пара этого кабеля заключена в отдельный экран из фольги (кроме типа 6А), обе пары заключены в общий плетеный проволочный экран, снаружи все покрыто изоляционным чулком, импеданс – 150 Ом. Провод может быть одножильным или многожильным 22-26 AWG. Одножильный кабель 22 AWG может иметь полосу пропускания до 300 МГц.

STP категории 5 – общее название для кабеля с импедансом 100 Ом, имеющего отдельный экран для каждой пары, который может иметь различное исполнение (фольга, оплетка, их комбинация). Иногда под этим же названием идет кабель, имеющий только общий экран (фирма AMP).

PiMF (Pair in Metal Foil) – кабель, в котором каждая пара завернута в полоску металлической фольги, а все пары находятся в общем экранирующем чулке. От STP Type 1 этот кабель отличается числом пар (здесь их четыре) и более широкой полосой частот (выпускается и на 600 МГц).

SSTP (Shielded-Screened Twisted Pair) категории 7 – кабель, аналогичный

PiMF.

Кабели могут иметь различные номиналы импеданса. Стандарт EIA/TIA568A определяет два значения – 100 и 150 Ом, стандарты ISO1 1801 и EN 50173 добавляют еще и 120 Ом. Требования к точности выдерживания импеданса в рабочей полосе частот обычно лежат в диапазоне ±15 % от номинала. Заметим,

20

что кабель UTP чаще всего имеет импеданс 100 Ом, а экранированный кабель STP первоначально существовал только с импедансом 150 Ом. В настоящее время существуют типы экранированного кабеля и с импедансом 100 и 120 Ом. Оконечное оборудование выпускается в модификациях как для экранированной (STP), так и неэкранированной (UTP) витой пары. С кабелем, имеющим хотя бы один экран (STP, ScTP, FTP, PiMF), используются разъемы, обеспечивающие соединение экранов и (не всегда) экранирование. Импеданс применяемого кабеля должен соответствовать импедансу соединяемого им оборудования.

При необходимости использования кабеля и аппаратуры с несовпадающими значениями импеданса следует применять согласователи импедансом – волновые адаптеры. Такой согласователь представляет собой небольшое пассивное устройство (чаще всего согласующий трансформатор), включаемое между стыкуемыми цепями. Существуют разнообразные согласователи, из которых наиболее распространены переходники 100/150 Ом для витой пары. Существуют и переходники 50 Ом коаксиальный кабель/100 (150) Ом витая пара, позволяющие подключать сегмент сети Ethernet 10Base2 или 10Base5 через витую пару. Эти переходники имеют название Balun (balance-unbalance).

Каждая пара кабеля имеет свой шаг скрутки, отличающийся от соседних. Этим обеспечивается снижение взаимной индуктивности и емкости проводов пар, а следовательно, и снижение перекрестных наводок. Поскольку от шага скрутки зависят волновые характеристики пары (скорость распространения, импеданс, затухание), пары в кабеле не идентичны. Каждая пара в отрезке кабеля имеет свою «электрическую длину», определяемую через время распространения сигнала и номинальную (для данного кабеля) скорость распространения волны. Иногда применяют переменный шаг скрутки для каждой пары – это выравнивает усредненные параметры пар при сохранении допустимого уровня перекрестных помех. Кабели разных производителей по шагу скрутки различаются (таблице 1.4).

Кабели чаще всего бывают круглыми – в них элементы собираются в пучок. Существуют и плоские кабели, используемые в телефонии для подключе-

21