Функции уровней модели взаимодействия открытых систем

По конструктивным признакам проводные линии делятся на:

• воздушные, которые представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оболочек, проложенные между столбами и весящие в воздухе;

• кабельные, которые состоят из проводников, заключенных, как правило, в несколько слоев изоляции.

По воздушным линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы, но при отсутствии других возможностей эти линии используются для передачи компьютерных данных. Скоростные характеристики и помехозащищенность этих линий оставляют желать лучшего. Проводные линии связи быстро вытесняются кабельными.

Кабельные электрические линии связи делятся на три основных вида: кабель на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальный кабель с медной жилой, также волоконно-оптический кабель.

Скрученная пара проводов называется витой парой [twisted pair]. Провода скручиваются для устранения взаимного влияния между электрическими токами в проводниках. Витая пара существует в экранированном варианте [Shielded Twisted Pair, STP], когда пара медных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированная [Unshielded Twisted Pair, UTP], когда изоляционная оболочка отсутствует. Одна или несколько витых пар сводятся в кабели, имеющие защитную оболочку [рис. 1].

Неэкранированная витая пара имеет широкий спектр применения. Она используется как в телефонных, так и в компьютерных сетях. В настоящее время кабель UTP является популярной средой для передачи информации на короткие расстояния [около 100 метров] Кабели на основе витой пары в зависимости от электрических и механических характеристик делятся на 5 категорий. В компьютерных сетях широко применяются кабели 3 и 5 категорий, которые описаны в американском стандарте EIA/TIA-568А.

Кабель категории 3 предназначен для низкоскоростной передачи данных. Для него определяется затухание на частоте 16 МГц и должно быть не ниже 13.1 дБ при длине кабеля 100 метров. Кабель на витой паре категории 5 характеризуется затуханием не ниже 22 дБ для частоты 100 МГц при длине кабеля не более 100 метров. Частота 100 МГц выбрана потому, что кабель этой категории предназначен для высокоскоростной передачи данных, сигналы которых имеют значимые гармоники с частотой примерно 100 МГц.

Все кабели UTP независимо от их категории выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из четырех пар имеет определенный цвет и шаг скрутки. К достоинствам кабеля UTP можно отнести:

• гибкость кабеля, благодаря которой упрощается монтаж линии связи;

• низкую стоимость при достаточно высокой пропускной способности [до 1 Гбит/с].

Недостатками неэкранированного кабеля на витой паре являются:

• низкая помехозащищенность;

• жесткое ограничение длинны кабеля [100 -135 м].

Экранированная витая пара STP хорошо защищает передаваемые сигналы от помех, а также меньше излучает электромагнитных колебаний вовне. Однако, наличие заземляемого экрана удорожает кабель и усложняет его прокладку, так как требует его качественного заземления. Кабель STP применяют в основном для передачи дискретной информации, а голос по нему не передают.

Основным стандартом, определяющим параметры STP, является фирменный стандарт IBM. В этом стандарте кабели делятся не на категории, а на типы. Тип 1 примерно совпадает по характеристикам с UTP категории 5. Он состоит из 2-х пар скрученных медных проводов, экранированных проводящей оплеткой, которая заземляется. Кабель IBM тип 2 представляет собой кабель первого типа с добавленными 2 парами неэкранированного провода для передачи голоса. Не все типы стандарта IBM относятся к STP.

Коаксиальный кабель состоит из двух изолированных между собой концентрических проводников, из которых внешний имеет вид трубки [рис. 2]. За счет такой конструкции коаксиальный кабель меньше подвержен внешним электромагнитным воздействиям, поэтому возможно его использование на более высоких скоростях передачи данных. Кроме этого, данные кабели из-за относительно толстой центральной жилы характеризуются минимальным ослаблением электрического сигнала, что позволяет передавать информацию на достаточно большие расстояния. Полоса пропускания коаксиального кабеля может составлять более 1 ГГц/км, а затухание - менее 20 дБ/км на частоте 1 ГГц.

Существует большое количество типов коаксиальных кабелей, используемых в сетях различного типа - телефонных, телевизионных и компьютерных. В локальных компьютерных сетях используются кабели двух типов: тонкий коаксиальный кабель и толстый коаксиальный кабель.

Тонкий коаксиальный кабель имеет внешний диаметр около 5 мм , а диаметр центрального медного провода составляет 0.89 мм. Данный кабель предназначен для передачи сигналов со спектром до 10 МГц на расстояние до 185 метров.

Толстый коаксиальный кабель имеет внешний диаметр около 10 мм , а диаметр центрального медного провода составляет 2.17 мм. Данный кабель предназначен для передачи сигналов со спектром до 10 МГц на расстояние до 500 метров.

Тонкий коаксиальный кабель обладает худшими механическими и электрическими характеристиками по сравнению с толстым коаксиальным кабелем, зато за счет своей гибкости более удобен при монтаже.

Коаксиальный кабель в несколько раз дороже кабеля на витой паре, а по характеристикам уступает, в частности, оптоволоконному кабелю, поэтому он все реже используется при построении коммуникационной системы компьютерных сетей.

Волоконно-оптические кабели состоят из центрального проводника света [сердцевины] - стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла - оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от оболочки. Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении.

В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника различают:

• многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления [рис.3, а];

• многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления [рис.3, б];

• одномодовое волокно [рис.3, в].

В одномодовом кабеле [Single Mode Fiber, SMF] используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длинной волны света - от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи распространяются вдоль оптической оси сердцевины, не отражаясь от оболочки. Полоса пропускания одномодового кабеля очень широкая - до сотен гигагерц на километр. Изготовления тонких качественных волокон для одномодового кабеля представляет сложный технологический процесс, что делает кабель достаточно дорогим.

В многомодовых кабелях [Multi Mode Fiber, MMF] используются более широкие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически. В стандартах определены два наиболее употребительных многомодовых кабеля: 62.5/125 мкм и 50/125 мкм, 62.5 мкм или 50 мкм - это диаметр центрального проводника, а 125 мкм - диаметр внешнего проводника.

В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника. Угол отражения проводника называется модой луча. Многомодовые кабели имеют более узкую полосу пропускания - от 500 до 800 МГц/км. Сужение полосы происходит из-за потерь световой энергии при отражениях, а также из-за интерференции лучей разных мод.

В качестве источников излучения света в волоконно-оптических кабелях применяются:

• светодиоды;

• лазеры.

Светодиоды могут излучать свет с длинной волны 0.85 и 1.3 мкм. Лазерные излучатели работают на длинах волн 1.3 и 1.55 мкм. Быстродействие современных лазеров позволяет модулировать световой поток с частотами 10 ГГц и выше.

Волоконно-оптические кабели обладают отличными электромагнитными и механическими характеристиками, недостаток их состоит в сложности и высокой стоимости монтажных работ.

Рис.3. Типы оптического кабеля

Рис.1. Кабель на основе четырех витых пар

Рис.2. Коаксиальный кабель