2. Спеціальна частина

   1. Апаратне забезпечення лом

      1. Вибір топології мережі і мережного доступу

Проаналізувавши перераховані переваги та недоліки основних топологій мереж, які описані в пункті 1. 2.3 видно, що кільцева та шинна топології хоч і мають відносно невисоку вартість реалізації, але вони не дуже надійні, що в умовах побудови мережі дуже важливо.

Тому вибирається зіркоподібна топологія мережі. Хоч вона у порівнянні з шинною та кільцевою топологіями більш дорога, але у той же час набагато надійніша та зручніша в обслуговуванні. До того ж зіркоподібна топологія мережі в даний час найбільш поширена та розвинута, тому для неї не складно знайти надійне устаткування.

Переваги зіркоподібної топології:

• підвищена стійкість мережі;

• легкість додавання (виключення) нового (старого) комп'ютера в мережі;

• простота діагностики і усунення неполадок.

Недоліки зіркоподібної топології:

• підвищена витрата кабелю при прокладці мережі;

• необхідність придбання дорогого концентратора або комутатора.

Локальна мережа Цеху ТП №13 м.Пологи, побудована на основі технології Gigabit Ethernet (1000Base-T), що дає змогу підтримувати 3 стандарти мереж (10Base-T,100Base-TX,1000Base-T).

Gigabit Ethernet використовує метод передачі даних CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - Множинний доступ до середовища з контролем несучої і виявленням колізій). Це досить проста технологія. Коли плата Ethernet повинна послати повідомлення, то спочатку вона чекає настання тиші, потім відправляє пакет і одночасно слухає, чи не послав хто-небудь повідомлення одночасно з ним.

2. Вибір кабельної структури

Вита пара. Вита пара (Twisted Pair - TP) - ізольовані провідники, попарно звиті між собою мінімально необхідну кількість разів на певному відрізку довжини (рис.2.1, а), що потрібно для зменшення перехресних наведень між провідниками, і ув'язнені в ізолюючу оболонку.

Вита пара - найпоширеніший вид кабелю в телефонії. Скручування застосовується з метою зменшення випромінювання і підвищення перешкодозахищеності кабелю.

Кілька кручених пар (зазвичай 4 або 8), укладені в загальну пластикову

оболонку, утворюють кабель (рис 2.1, б).

Рисунок 2.1 – вита пара

Існує кілька категорій неекранованої кручений пари (Unshielded Twisted Pair - UTP), причому чим вище категорія кабелю, тим більше його смуга пропускання.

Кабелі 1-й і 2-ї категорій використовуються для передачі мови і даних на низьких швидкостях і не включені в стандарти для передачі даних у комп'ютерних мережах.

Стандарт EIA/TIA-568, розроблений American National Standards Institute (ANSI, США) визначає специфікації для 3-ї, 4-й і 5-ї категорій UTP і нормує наступні характеристики:

• коефіцієнт загасання;

• хвильовий опір;

• ємність;

• перехідне затухання на ближньому кінці та ін.;

Наприклад, для кабелю 5-ї категорії визначені такі характеристики:

• затухання - не більше 23,6 дБ на 100 м (0,236 дБ / м) при частоті 100 МГц;

• хвильовий опір - не більше 100 Ом + -15%;

• NEXT - не менше 27 дБ при частоті 100 МГц;

• активний опір - не більше 9,4 Ом на 100 м;

• ємність не більше 5,6 нФ на 100 м.

Екранована вита пара - кабель, що містить одну або кілька пар скручених мідних проводів, укладених в ізолюючу оболонку. Зовні кабель покритий екранує опліткою і ще однієї ізолюючої оболонкою, за рахунок чого менше випромінює і краще захищений від електромагнітних перешкод, ніж неекранована вита пара. Застосовується в мережах Token Ring.

Екранована вита пара підрозділяється на два різновиди:

• з екрануванням кожної пари і загальним екраном (Shielded Twisted Pair - STP);

• з одним загальним екраном (Foiled Twisted Pair - FTP).

• Для високошвидкісних мереж розроблені ще дві категорії мідного кабелю:

• категорія 6 ​​- забезпечує роботу на частоті 250 МГц і може бути реалізована як екранований, так і неекранований кабель;

• категорія 7 - забезпечує роботу на частоті до 600 МГц і використовує екранування кожної пари кабелю і загальний екран.

У таблиці 2.1 наведені значення смуги пропускання для різних категорій сучасних мідних кабелів.

Найбільш широко в даний час в локальних мережах застосовується електричний кабель категорії 5.

Таблиця 2.1 смуги пропускання для різних категорій сучасних мідних кабелів.

Категорія кабелю	Смуга пропускання, МГц
3	16
4	20
5	100
6	250
7	600

Коаксіальний кабель. Коаксіальний кабель (від лат. Co - спільно і axis - вісь) - кабель, в якому провідники представляють собою 2 співвісних металевих циліндра, розділених діелектриком. Коаксіальний кабель використовується для передачі високочастотних сигналів (до декількох ГГц) і характеризується високою перешкодозахищеністю і малим загасанням сигналів. Це зумовлено відсутністю зовнішнього електромагнітного поля - вся енергія поширюється тільки всередині кабелю.

Рисунок 2.2 – коаксіальний кабель

Коаксіальний кабель містить (рис.2.2):

1. внутрішній провідник діаметром від 0,4 мм до 2,5 мм;

2. діелектрик, в якості якого зазвичай застосовується звичайний поліетилен або фізично спінений поліетилен з низькою щільністю, що дозволяє зменшити коефіцієнт загасання;

3. зовнішній провідник, в якості якого зазвичай використовується фольга;

4. мідну оплітку з покриттям з олова;

5. захисну плівку;

6. зовнішню оболонку.

У ранніх мережах Ethernet застосовувалися два типи коаксіального кабелю:

• товстий (thick) діаметром близько 1 см, для якого, на відміну від тонкого, характерні такі особливості:

• більш надійний захист від зовнішніх перешкод;

• міцніший;

• вимагає застосування спеціального відводу (проколюють роз'єму та відведення кабелю) для підключення комп'ютера або іншого пристрою;

• тонкий (thin) діаметром близько 0,5 см, для якого, на відміну від товстого, характерні такі особливості:

  • передає дані на більш короткі відстані;

  • дешевше;

  • використовує більш прості з'єднувачі.

Основні недоліки коаксіальних кабелів:

• складність прокладки, а також додавання і відключення станцій;

• висока питома вартість.

Оптичне волокно. Оптичне волокно - головний компонент ВОЛЗ - складається з серцевини (світлопровідної жили) і оболонки з різними показниками заломлення n1 і n2.

Оптичні волокна залежно від способу поширення в них випромінювання поділяються на:

• одномодові (рис 2.3а), в яких світлопровідна жила має діаметр 8-10 мкм, в яких може поширюватися тільки один промінь (одна мода);

• багатомодові (рис 2.3б), в яких світлопровідна жила має діаметр 50-60 мкм, що робить можливим поширення в них великої кількості променів (багато мод).

Рисунок 2.3 – оптичне волокно

Найважливішими параметрами оптичного волокна є:

• загасання;

• дисперсія.

Згасання визначається втратами на поглинання і розсіяння випромінювання в оптичному волокні і вимірюється в децибелах на кілометр (дБ/км). Втрати на поглинання залежать від чистоти матеріалу, а втрати на розсіювання - від неоднорідностей його показника заломлення.

Згасання залежить і від довжини хвилі випромінювання, що вводиться в волокно. Передача сигналів по оптичному волокну здійснюється в трьох діапазонах: 0,85 мкм, 1,3 мкм і 1,55 мкм, так як саме в цих діапазонах кварц має підвищену прозорість (рис.2.4).

Оптичне волокно характеризується малим загасанням світлового сигналу, що становить 0,1-0,2 дБ / км при довжині хвилі 1,55 мкм, що дозволяє будувати ЛЗ довжиною до декількох десятків кілометрів без регенерації сигналів.

Ведуться розробки ще більш "прозорих", так званих, фтороцірконатні волокона з загасанням порядку 0,02 дБ / км при довжині хвилі 2,5 мкм, на основі яких можуть бути створені ЛЗ, що забезпечують гігабітні швидкості передачі і з регенераційними ділянками через кожні 4 - 5 тисяч кілометрів.

Рисунок 2.4 – графік залежності згасання від довжини хвилі

В останні роки поряд з когерентним системами зв'язку розвивається альтернативний напрямок - солітоновие системи.

Солітон - відокремлена хвиля, яка не згасає і не поглинається середовищем, а зберігає свої розміри і форму як завгодно довго.

Солітон - це світловий імпульс з незвичайними властивостями: він зберігає свою форму і теоретично може поширюватися по "ідеального" световоду нескінченно далеко. Тривалість імпульсу становить приблизно 10 пс.

Солітонові системи, у яких окремий біт інформації кодується наявністю або відсутністю солітону, мають пропускну здатність не менше 5 Гбіт/с при відстані 10 000 км.

Дисперсія - розсіювання в часі спектральних і модових складових оптичного сигналу.

Оскільки при передачі інформації світлодіод або лазер випромінює певний спектр довжин хвиль, дисперсія приводить до розширення імпульсів при розповсюдженні по волокну і тим самим породжує спотворення сигналів (ріс.2.40). При оцінці дисперсії користуються терміном "смуга пропускання" - величина, зворотна величиною уширення імпульсу Δt під час проходження ним по оптичному волокну відстані в 1 км: . Вимірюється смуга пропускання в мегагерцах на кілометр (МГц * км).

З визначення смуги пропускання випливає, що дисперсія накладає обмеження на дальність передачі і верхнє значення частоти переданих сигналів. Якщо смуга пропускання оптичного волокна становить 1000 МГц * км (що відповідає величині розширення імпульсу в 1 нс / км), то пропускна здатність лінії зв'язку довжиною в 1 км буде не більше 1 Гбіт / с, а при довжині лінії зв'язку в 10 км - не більше 100 Мбіт / с.

Значення дисперсії (рис 2.5) і загасання різні для різних типів волокон.

Рисунок 2.5 Дисперсія сигналу

Переваги одномодових волокон:

• кращі характеристики по загасання і смузі пропускання, тому що в них поширюється тільки один промінь;

• максимальне загасання складає 0,5 дБ / км при довжині хвилі 1,31 мкм і 1,55 мкм;

• при використанні лазерних передавачів відстань між вузлами може становити до 40 км.

Недоліки одномодових волокон:

• одномодові джерела випромінювання дорожче багатомодових;

• в одномодове волокно важче ввести світловий промінь з-за малого діаметру світлопровідної жили;

• з цієї ж причини важко мінімізувати втрати сигналу при зрощуванні одномодових волокон;

• дорожче монтаж оптичних роз'ємів на кінцях одномодових кабелів.

Переваги багатомодових волокон:

• більш зручні при монтажі, так як у них більше розмір світлопровідної жили;

• простіше забезпечити оптичними роз'ємами з малими втратами (до 0,3 дБ).

• мають меншу вартість.

Недоліки багатомодових волокон:

• велике загасання, що становить при довжині хвилі 0,85 мкм - 3-4 дБ / км;

• забезпечує передачу даних без застосування проміжних повторювачів на відстань не більше 2-х км;

• недостатня смуга пропускання багатомодових волокон для магістральних ліній зв'язку, яка складає близько 1000 МГц * км (але цілком прийнятна для локальних мереж).

Результати порівняльного аналізу одномодових і багатоходових волокон представлені в табл.2.2.

Таблиця 2.2 Порівняльний аналіз одномодових і багатоходових волокон

Показник	Одномодове волокно	Многомодове волокно
Згасання	0,5 дБ / км	1,5 - 3 дБ / км
Смуга пропускання	понад 500 МГц * км	до 500 МГц * км
Відстань	+ (до 50 км)	(до 2 км)
Вартість	висока	низька
Введення світлового променя	складніше	легше
Втрати при зрощуванні	вище	нижче

Волоконно-оптичний кабель. Волоконно-оптичний кабель (ВОК) - середовище передачі даних, що складається з оптичних волокон (скляних або пластикових), укладених у захисну герметичну оболонку.

Інформація в ВОК переноситься модульованим світловим потоком, що генерується світлодіодами або діодними лазерами.

Переваги ВОК в порівнянні з електричними кабелями:

• висока пропускна здатність;

• відсутність електромагнітного випромінювання, що виключає витік інформації;

• завадостійкість;

• велику відстань передачі (не менше 2 км без повторювачів);

• мала вага;

• високий електричний опір, що забезпечує гальванічну розв'язку з'єднуються пристроїв;

• помірна вартість, незначно перевищує вартість мідного кабелю.

Недоліки ВОК:

• трудомісткість монтажу, що вимагає спеціального обладнання;

• висока вартість мережевих пристроїв.