2. Лекція: Типи ліній зв'язку локальних мереж Середовище передачі інформації називаються ті лінії зв'язки (або канали зв'язку), по яких проводиться обмін інформацією між комп'ютерами. У переважній більшості комп'ютерних мереж (особливо локальних) використовуються дротяні або кабельні канали зв'язку, хоча існують і безпровідні мережі, які зараз знаходять все більш широке застосування, особливо в портативних комп'ютерах. Інформація в локальних мережах найчастіше передається в послідовному коді, тобто битий за бітом. Така передача повільніша і складніша, ніж при використанні паралельної коди. Проте треба враховувати те, що при швидшій паралельній передачі (по декількох кабелях одночасно) збільшується кількість сполучних кабелів в число разів, рівне кількості розрядів паралельної коди (наприклад, в 8 разів при 8-розрядному коді). Це зовсім не дрібні гроші, як може показатися на перший погляд. При значних відстанях між абонентами мережі вартість кабелю цілком порівнянна з вартістю комп'ютерів і навіть може перевершувати її. До того ж прокласти один кабель (рідше два різноспрямованих) набагато простіше, ніж 8, 16 або 32. Значно дешевше обійдеться також пошук пошкоджень і ремонт кабелю. Але це ще не все. Передача на великі відстані при будь-якому типові кабелю вимагає складної передавальної і приймальної апаратури, оскільки при цьому необхідно формувати потужний сигнал на передавальному кінці і детектувати слабкий сигнал на приймальному кінці. При послідовній передачі для цього потрібний всього один передавач і один приймач. При паралельній же кількість необхідних передавачів і приймачів зростає пропорційно розрядності використовуваної паралельної коди. У зв'язку з цим, навіть якщо розробляється мережа незначної довжини (порядка десяток метрів) найчастіше вибирають послідовну передачу. До того ж при паралельній передачі надзвичайно поважно, щоб довжини окремих кабелів точно дорівнювали один одному. Інакше в результаті проходження по кабелях різної довжини між сигналами на приймальному кінці утворюється часове зрушення, яке може привести до збоїв в роботі або навіть до повної непрацездатності мережі. Наприклад, при швидкості передачі 100 Мбіт/с і тривалість бито 10 нс це часове зрушення не повинне перевищувати 5-10 нс. Таку величину зрушення дає різниця в довжинах кабелів в 1-2 метри. При довжині кабелю 1000 метрів це складає 0,1-0,2%. Треба відзначити, що в деяких високошвидкісних локальних мережах все-таки використовують паралельну передачу по 2-4 кабелям, що дозволяє при заданій швидкості передачі застосовувати дешевші кабелі з меншою смугою пропускання. Але допустима довжина кабелів при цьому не перевищує сотні метрів. Прикладом може служити сегмент 100BASE-T4 мережі Fast Ethernet. Промисловістю випускається величезна кількість типів кабелів, наприклад, тільки одна найбільша кабельна компанія Belden пропонує більше 2000 їх найменувань. Але всі кабелі можна розділити на три великі групи: · електричні (мідні) кабелі на основі витих пар дротів (twisted pair), які діляться на екранованих (shielded twisted pair, STP) і неекранованих (unshielded twisted pair, UTP); · електричні (мідні) коаксіальні кабелі (coaxial cable); · оптоволоконні кабелі (fibre optic). Кожен тип кабелю має свої переваги і недоліки, так що при виборі треба враховувати як особливості вирішуваного завдання, так і особливості конкретної мережі, у тому числі і використовувану топологію. Можна виділити наступні основні параметри кабелів, принципово важливі для використання в локальних мережах: · Смуга пропускання кабелю (частотний діапазон сигналів, що пропускаються кабелем) і загасання сигналу в кабелі. Два цих параметра тісно зв'язані між собою, оскільки із зростанням частоти сигналу росте загасання сигналу. Треба вибирати кабель, який на заданій частоті сигналу має прийнятне загасання. Або ж треба вибирати частоту сигналу, на якій загасання ще прийнятно. Загасання вимірюється в децибелах і пропорційно довжині кабелю. · Перешкодозахисна кабелю і забезпечувана ним секретність передачі інформації. Ці два взаємозв'язані параметри показують, як кабель взаємодіє з навколишнім середовищем, тобто, як він реагує на зовнішні перешкоди, і наскільки просто прослухати інформацію, передавану по кабелю. · Швидкість розповсюдження сигналу по кабелю або, зворотний параметр - затримка сигналу на метр довжини кабелю. Цей параметр має принципове значення при виборі довжини мережі. Типові величини швидкості розповсюдження сигналу - від 0,6 до 0,8 від швидкості розповсюдження світла у вакуумі. Відповідно типові величини затримок - від 4 до 5 нс/м. · Для електричних кабелів дуже важлива величина хвилевого опору кабелю. Хвилевий опір поважно враховувати при узгодженні кабелю для запобігання віддзеркаленню сигналу від кінців кабелю. Хвилевий опір залежить від форми і взаєморозташування провідників, від технології виготовлення і матеріалу діелектрика кабелю. Типові значення хвилевого опору - від 50 до 150 Ом. В даний час діють наступні стандарти на кабелі: · EIA/TIA 568 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard) - американський; · ISO/IEC IS 11801 (Generic cabling for customer premises) - міжнародний; · CENELEC EN 50173 (Generic cabling systems) - європейський. Ці стандарти описують практично однакові кабельні системи, але відрізняються термінологією і нормами на параметри. У даній роботі пропонується дотримуватися термінології стандарту EIA/TIA 568. Кабелі на основі витих пар Виті пари дротів використовуються в дешевих і сьогодні, мабуть, найпопулярніших кабелях. Кабель на основі витих пар є декількома парами скручених попарно ізольованих мідних дротів в єдиній діелектричній (пластиковою) оболонці. Він досить гнучкий і зручний для прокладки. Скручування дротів дозволяє звести до мінімуму індуктивні наведення кабелів один на одного і понизити вплив перехідних процесів. Зазвичай в кабель входить дві (мал. 2.1) або чотири виті пари.
Мал. 2.1. Кабель з витими парами Неекрановані виті пари характеризуються слабкою захищеністю від зовнішніх електромагнітних перешкод, а також від підслуховування, яке може здійснюватися з метою, наприклад, промислового шпигунства. Причому перехоплення передаваної по мережі інформації можливе як за допомогою контактного методу (наприклад, за допомогою двох голок, увіткнених в кабель), так і за допомогою безконтактного методу, що зводиться до радіоперехоплення випромінюваних кабелем електромагнітних полів. Причому дія перешкод і величина випромінювання в зовні збільшується із зростанням довжини кабелю. Для усунення цих недоліків застосовується екранування кабелів. В разі екранованої витої пари STP кожна з витих пар поміщається в металеве обплетення-екран для зменшення випромінювань кабелю, захисту від зовнішніх електромагнітних перешкод і зниження взаємного впливу пар дротів один на одного (crosstalk - перехресні наведення). Для того, щоб екран захищав від перешкод, він має бути обов'язково заземлений. Природно, екранована витаючи пара помітно дорожче, ніж неекранована. Її використання вимагає спеціальних екранованих роз'ємів. Тому зустрічається вона значно рідше, ніж неекранована витаючи пара. Основні достоїнства неекранованих витих пар - простота монтажу роз'ємів на кінцях кабелю, а також ремонту будь-яких пошкоджень в порівнянні з іншими типами кабелю. Решта всіх характеристик у них гірша, ніж біля інших кабелів. Наприклад, при заданій швидкості передачі загасання сигналу (зменшення його рівня у міру проходження по кабелю) у них більше, ніж біля коаксіальних кабелів. Якщо врахувати ще низьку перешкодозахисну, то зрозуміло, чому лінії зв'язку на основі витих пар, як правило, досить короткі (зазвичай в межах 100 метрів). В даний час витаючи пара використовується для передачі інформації на швидкостях до 1000 Мбіт/с, хоча технічні проблеми, що виникають при таких швидкостях, украй складні. Згідно стандарту EIA/TIA 568, існують п'ять основних і дві додаткові категорії кабелів на основі неекранованої витої пари (UTP): Кабель категорії 1 - це звичайний телефонний кабель (пари дротів не виті), по якому можна передавати тільки мову. Цього типа кабелю має великий розкид параметрів (хвилевого опору, смуги пропускання, перехресних наведень). Кабель категорії 2 - це кабель з витих пар для передачі даних в смузі частот до 1 Мгц. Кабель не тестується на рівень перехресних наведень. В даний час він використовується дуже рідко. Стандарт EIA/TIA 568 не розрізняє кабелі категорій 1 і 2. Кабель категорії 3 - це кабель для передачі даних в смузі частот до 16 Мгц, що складається з витих пар з дев'ятьма витками дротів на метр довжини. Кабель тестується на всі параметри і має хвилевий опір 100 Ом. Це найпростіший тип кабелів, рекомендований стандартом для локальних мереж. Ще недавно він був найпоширенішим, але зараз повсюдно витісняється кабелем категорії 5. Кабель категорії 4 - це кабель, передавальний дані в смузі частот до 20 Мгц.Використовується рідко, оскільки не дуже помітно відрізняється від категорії 3. Стандартом рекомендується замість кабелю категорії 3 переходити відразу на кабель категорії 5. Кабель категорії 4 тестується на всі параметри і має хвилевий опір 100 Ом. Кабель був створений для роботи в мережах за стандартом IEEE 802.5. Кабель категорії 5 - в даний час самий здійснений кабель, розрахований на передачу даних в смузі частот до 100 Мгц. Складається з витих пар, що мають не менше 27 витків на метр довжини (8 витків на фут). Кабель тестується на всі параметри і має хвилевий опір 100 Ом. Рекомендується застосовувати його в сучасних високошвидкісних мережах типа Fast Ethernet і TPFDDI. Кабель категорії 5 приблизно на 30-50% дорожче, ніж кабель категорії 3. Кабель категорії 6 - перспективний тип кабелю для передачі даних в смузі частот до 200 (або 250) Мгц. Кабель категорії 7 - перспективний тип кабелю для передачі даних в смузі частот до 600 Мгц. Згідно стандарту EIA/TIA 568, повний хвилевий опір найбільш досконалих кабелів категорій 3, 4 і 5 повинно складати 100 Ом ±15% у частотному діапазоні від 1 Мгц до максимальної частоти кабелю. Вимоги не дуже жорсткі: величина хвилевого опору може знаходитися в діапазоні від 85 до 115 Ом. Тут же слід зазначити, що хвилевий опір екранованої витої пари STP за стандартом має бути рівним 150 Ом ±15%. Для узгодження опорів кабелю і устаткування в разі їх неспівпадання застосовують трансформатори, що погоджують (Balun). Існує також екранована витаючи пара з хвилевим опором 100 Ом, але використовується вона досить рідко. Другий найважливіший параметр, що задається стандартом, - це максимальне загасання сигналу, передаваного по кабелю, на різних частотах. У (таблиці 2.1) приведені граничні значення величини загасання в децибелах для кабелів категорій 3, 4 і 5 на відстань 1000 футів (тобто 305 метрів) при нормальній температурі навколишнього середовища 20°С. З таблиці видно, що величини загасання на частотах, близьких до граничних, для всіх кабелів дуже значительны. Навіть на невеликих відстанях сигнал ослабляється в десятки і сотні разів, що пред'являє високі вимоги до приймачів сигналу. Ще один специфічний параметр, визначуваний стандартом, це величина так званого перехресного наведення на ближньому кінці (NEXT - Near End CrossTalk). Він характеризує вплив різних дротів в кабелі один на одного. Суть даного параметра ілюструється на(мал. 2.2.). Сигнал, передаваний по одній з витих пар кабелю (верхня пара), наводить індуктивну перешкоду на іншу (нижнюю) виту пару кабелю. Дві виті пари в мережі зазвичай передають інформацію в різні боки, тому найбільш важливе наведення на ближньому кінці сприймаючої пари (нижней на малюнку), оскільки саме там знаходиться приймач інформації. Перехресне наведення на далекому кінці (FEXT - Far End CrossTalk) не має такого великого значення. Таблиця 2.1. Максимальне загасання в кабелях
Частота, МГц Максимальне загасання в кабелях, дБ
Категорія 3 Категорія 4 Категорія 5
0,064 2,8 2,3 2,2
0,256 4,0 3,4 3,2
0,512 5,6 4,6 4,5
0,772 6,8 5,7 5,5
1,0 7,8 6,5 6,3
4,0 17 13 13
8,0 26 19 18
10,0 30 22 20
16,0 40 27 25
20,0 — 31 28
25,0 — — 32
31,25 — — 36
62,5 — — 52
100 — — 67
Таблиця 2.2. Допустимі рівні перехресних наведень NEXT
Частота, МГц Перехресне наведення на ближньому кінці, дБ
Категорія 3 Категорія 4 Категорія 5
0,150 - 54 -68 -74
0,772 -43 -58 -64
1,0 -41 -56 -62
4,0 -32 -47 -53
8,0 -28 -42 -48
10,0 -26 -41 -47
16,0 -23 -38 -44
20,0 — -36 -42
25,0 — — -41
31,25 — — -40
62,5 — — -35
100,0 — — -32
У (таблиці 2.2) представлені значення допустимого перехресного наведення на ближньому кінці для кабелів категорій 3, 4 і 5 на різних частотах сигналу. Природно, якісніші кабелі забезпечують меншу величину перехресного наведення. Стандарт визначає також максимально допустиму величину робочої ємкості кожній з витих пар кабелів категорії 4 і 5. Вона повинна складати не більше 17 нФ на 305 метрів (1000 футів) при частоті сигналу 1 кГц і температурі навколишнього середовища 20°С.
Мал. 2.2. Перехресні перешкоди в кабелях на витих парах Для приєднання витих пар використовуються роз'єми (коннектори) типа RJ-45, схожі на роз'єми, використовувані в телефонах (RJ-11), але декілька великі за розміром. Роз'єми RJ-45 мають вісім контактів замість чотирьох в разі RJ-11. Приєднуються роз'єми до кабелю за допомогою спеціальних обтискових інструментів. При цьому позолочені голчані контакти роз'єму проколюють ізоляцію кожного дроту, входять між його жилами і забезпечують надійне і якісне з'єднання. Треба враховувати, що при установці роз'ємів стандартом допускається розплітання витої пари кабелю на довжину не більш за один сантиметр. Найчастіше виті пари використовуються для передачі даних в одному напрямі (крапка-крапка), тобто в топологиях типа зірка або кільце. Топологія шина зазвичай орієнтується на коаксіальний кабель. Тому зовнішні терминаторы, що погоджують непідключені кінці кабелю, для витих пар практично ніколи не застосовуються. Кабелі випускаються з двома типами зовнішніх оболонок: Кабель в полівінілхлоридній (ПВХ, PVC) оболонці дешевше і призначений для роботи в порівняно комфортних умовах експлуатації. Кабель в тефлоновій оболонці дорожче і призначений для тяжчих умов експлуатації. Кабель в ПВХ оболонці називається ще non-plenum, а в тефлоновій - plenum. Термін plenum позначає в даному випадку простір під фальшполом і над підвісною стелею, де зручно розміщувати кабелі мережі. Для прокладки в цих прихованих від очей просторах якраз зручніше кабель в тефлоновій оболонці, який, зокрема, горить набагато гірше, ніж ПВХ, - кабель, і не виділяє при цьому отруйних газів у великій кількості. Ще один важливий параметр будь-якого кабелю, який жорстко не визначається стандартом, але може істотно вплинути на працездатність мережі, - це швидкість розповсюдження сигналу в кабелі або, іншими словами, затримка розповсюдження сигналу в кабелі з розрахунку на одиницю довжини. Виробники кабелів інколи указують величину затримки на метр довжини, а інколи - швидкість розповсюдження сигналу щодо швидкості світла (або NVP - Nominal Velocity of Propagation, як її часто називають в документації). Зв'язано ці дві величини простої формулою: tз =1/(3 × 1010 × NVP) де tз - величина затримки на метр довжини кабелю в наносекундах. Наприклад, якщо NVP=0,65 (65% від швидкості світла), то затримка tз буде рівна 5,13 нс/м. Типова величина затримки більшості сучасних кабелів складає близько 4-5 нс/м. У (таблиці 2.3) приведені величини NVP і затримок на метр довжини (у наносекундах) для деяких типів кабелю двох найвідоміших компаній-виробників AT&T і Belden. Таблиця 2.3. Часові характеристики деяких кабелів
Фірма Марка Категорія Оболонка NVP Затримка
AT&T 1010 3 non-plenum 0,67 4,98
AT&T 1041 4 non-plenum 0,70 4,76
AT&T 1061 5 non-plenum 0,70 4,76
AT&T 2010 3 plenum 0,70 4,76
AT&T 2041 4 plenum 0,75 4,44
AT&T 2061 5 plenum 0,75 4,44
Belden 1229A 3 non-plenum 0,69 4,83
Belden 1455A 4 non-plenum 0,72 4,63
Belden 1583A 5 non-plenum 0,72 4,63
Belden 1245A2 3 plenum 0,69 4,83
Belden 1457A 4 plenum 0,75 4,44
Belden 1585A 5 plenum 0,75 4,44
Варто також відзначити, що кожен з дротів, що входять в кабель на основі витих пар, як правило, має свій колір ізоляції, що істотно спрощує монтаж роз'ємів, особливо у тому випадку, коли кінці кабелю знаходяться в різних кімнатах, і контроль за допомогою приладів утруднений. Прикладом кабелю з екранованими витими парами може служити кабель STP IBM типа 1, який включає дві екрановані виті пари AWG типа 22. Хвилевий опір кожної пари складає 150 Ом. Для цього кабелю застосовуються спеціальні роз'єми, що відрізняються від роз'ємів для неекранованої витої пари (наприклад, DB9). Є і екрановані версії роз'єму RJ-45. Коаксіальні кабелі Коаксіальним кабелем є електричний кабель, що складається з центрального мідного дроту і металевого обплетення (екрану), розділених між собою шаром діелектрика (внутрішній ізоляції) і поміщених в спільну зовнішню оболонку (мал.2.3).
Мал. 2.3. Коаксіальний кабель Коаксіальний кабель до недавнього часу був дуже популярний, що пов'язане з його високою перешкодозахисною (завдяки металевому обплетенню), ширшими, ніж в разі витої пари, смугами пропускання (зверху 1ГГц), а також великими допустимими відстанями передачі (до кілометра ). До нього важче механічно підключитися для несанкціонованого прослухування мережі, він дає також помітно менше електромагнітних випромінювань зовні. Проте монтаж і ремонт коаксіального кабелю істотно складніші, ніж витої пари, а вартість його вища (він дорожче приблизно в 1,5 - 3 рази). Складніше і установка роз'ємів на кінцях кабелю. Зараз його застосовують рідше, ніж виту пару. Стандарт EIA/TIA-568 включає тільки один типа коаксіального кабелю, вживаний в мережі Ethernet. Основне застосування коаксіальний кабель знаходить в мережах з топологією типа шина. При цьому на кінцях кабелю обов'язково повинні встановлюватися терминаторы для запобігання внутрішнім віддзеркаленням сигналу, причому один (і лише один!) з терминаторов має бути заземлений. Без заземлення металеве обплетення не захищає мережу від зовнішніх електромагнітних перешкод і не знижує випромінювання передаваної по мережі інформації в зовнішню середу. Але при заземленні обплетення в двох або більш крапках з буд може вийти не лише мережеве устаткування, але і комп'ютери, підключені до мережі. Термінатори мають бути обов'язково узгоджені з кабелем, необхідно, щоб їх опір дорівнював хвилевому опору кабелю. Наприклад, якщо використовується 50-омний кабель, для нього личать тільки 50-омні термінатори. Рідше коаксіальні кабелі застосовуються в мережах з топологією зірка (наприклад, пасивна зірка в мережі Arcnet). В цьому випадку проблема узгодження істотно спрощується, оскільки зовнішніх терминаторов на вільних кінцях не вимагається. Хвилевий опір кабелю указується в супровідній документації. Найчастіше в локальних мережах застосовуються 50-омные (RG-58, RG-11, RG-8) і 93-омные кабелі (RG-62). Поширені в телевізійній техніці 75-омные кабелі в локальних мережах не використовуються. Марок коаксіального кабелю небагато. Він не вважається за особливо перспективного. Не випадково в мережі Fast Ethernet не передбачено застосування коаксіальних кабелів. Проте у багатьох випадках класична шинна топологія (а не пасивна зірка) дуже зручна. Як вже наголошувалося, вона не вимагає застосування додаткових пристроїв - концентраторів. Існує два основні типи коаксіального кабелю: тонкий (thin) кабель, що має діаметр близько 0,5 см, гнучкіший; товстий (thick) кабель, діаметром близько 1 см, значно жорсткіший. Він є класичним варіантом коаксіального кабелю, який вже майже повністю витиснений сучасним тонким кабелем. Тонкий кабель використовується для передачі на менші відстані, чим товстий, оскільки сигнал в нім затухає сильніше. Зате з тонким кабелем набагато зручніше працювати: його можна оперативно прокласти до кожного комп'ютера, а товстий вимагає жорсткої фіксації на стіні приміщення. Підключення до тонкого кабелю (за допомогою роз'ємів BNC байонетного типа) простіше і не вимагає додаткового устаткування. А для підключення до товстого кабелю треба використовувати спеціальні досить дорогі пристрої, оболонки, що проколюють його, і що встановлюють контакт як з центральною жилою, так і з екраном. Товстий кабель приблизно удвічі дорожче, ніж тонкий, тому тонкий кабель застосовується набагато частіше. Як і в разі витих пар, важливим параметром коаксіального кабелю є тип його зовнішньої оболонки. Так само в даному випадку застосовуються як non-plenum (PVC), так і plenum кабелі. Природно, тефлоновий кабель дорожче полівінілхлоридного. Зазвичай типа оболонки можна відрізнити по забарвленню (наприклад, для PVC кабелю фірма Belden використовує жовтий колір, а для тефлонового - оранжевий). Типові величини затримки розповсюдження сигналу в коаксіальному кабелі складають для тонкого кабелю близько 5 нс/м, а для товстого - близько 4,5 нс/м. Існують варіанти коаксіального кабелю з подвійним екраном (один екран розташований усередині іншого і відокремлений від нього додатковим шаром ізоляції). Такі кабелі мають кращу перешкодозахисну і захист від прослухування, але вони трохи дорожче звичайних. В даний час вважається, що коаксіальний кабель застарілий, в більшості випадків його цілком може замінити витаючи пара або оптоволоконний кабель. І нові стандарти на кабельні системи вже не включають його в перелік типів кабелів. Оптоволоконні кабелі Оптоволоконний (він же волоконно-оптичний) кабель - це принципово інший тип кабелю в порівнянні з двома типами електричного або мідного кабелю, що розгледіли. Інформація по ньому передається не електричним сигналом, а світловим. Головний його елемент - це прозоре скловолокно, по якому світло минає на величезні відстані (до десятків кілометрів) з незначним ослабанням.
Мал. 2.4. Структура оптоволоконного кабелю Структура оптоволоконного кабелю дуже проста і схожа на структуру коаксіального електричного кабелю (мал. 2.4). Тільки замість центрального мідного дроту тут використовується тонке (діаметром близько 1 - 10 мкм) скловолокно, а замість внутрішньої ізоляції - скляна або пластикова оболонка, що не дозволяє світлу виходити за межі скловолокна. В даному випадку мова йде про режимі так званого повного внутрішнього віддзеркалення світла від кордону двох речовин з різними коефіцієнтами заломлення (біля скляної оболонки коефіцієнт заломлення значно нижчий, ніж біля центрального волокна). Металеве обплетення кабелю зазвичай відсутнє, оскільки екранування від зовнішніх електромагнітних перешкод тут не потрібне. Проте інколи її все-таки застосовують для механічного захисту від навколишнього середовища (такий кабель інколи називають броньовим, він може об'єднувати під однією оболонкою декілька оптоволоконних кабелів). Оптоволоконний кабель володіє винятковими характеристиками по перешкодозахисній і секретності передаваної інформації. Ніякі зовнішні електромагнітні перешкоди в принципі не здатні спотворити світловий сигнал, а сам сигнал не породжує зовнішніх електромагнітних випромінювань. Підключитися до цього типа кабелю для несанкціонованого прослухування мережі практично неможливо, оскільки при цьому порушується цілісність кабелю. Теоретично можлива смуга пропускання такого кабелю досягає величини 1012 Гц, тобто 1000 Ггц, що незрівняно вище, ніж біля електричних кабелів. Вартість оптоволоконного кабелю постійно знижується і зараз приблизно дорівнює вартості тонкого коаксіального кабелю. Типова величина загасання сигналу в оптоволоконних кабелях на частотах, використовуваних в локальних мережах, складає від 5 до 20 дБ/км, що приблизно відповідає показникам електричних кабелів на низьких частотах. Але в разі оптоволоконного кабелю при зростанні частоти передаваного сигналу загасання збільшується дуже трохи, і на великих частотах (особливі понад 200 Мгц) його переваги перед електричним кабелем незаперечні, у нього просто немає конкурентів. Проте оптоволоконний кабель має і деякі недоліки. Найголовніший з них - висока складність монтажу (при установці роз'ємів необхідна мікронна точність, від точності скола скловолокна і ступеня його поліровки сильно залежить загасання в роз'ємі). Для установки роз'ємів застосовують зварку або склеювання за допомогою спеціального гелю, що має такий же коефіцієнт заломлення світла, що і скловолокно. У будь-якому випадку для цього потрібна висока кваліфікація персоналу і спеціальні інструменти. Тому найчастіше оптоволоконний кабель продається у вигляді заздалегідь нарізаних шматків різної довжини, на обох кінцях яких вже встановлені роз'єми потрібного типа. Слід пам'ятати, що неякісна установка роз'єму різко знижує допустиму довжину кабелю, визначувану загасанням. Також треба пам'ятати, що використання оптоволоконного кабелю вимагає спеціальних оптичних приймачів і передавачів, що перетворюють світлові сигнали в електричних і назад, що деколи істотно збільшує вартість мережі в цілому. Оптоволоконні кабелі допускають розгалуження сигналів (для цього проводяться спеціальні пасивні розгалуджувачі (couplers) на 2-8 каналів), але, як правило, їх використовують для передачі даних тільки в одному напрямі між одним передавачем і одним приймачем. Адже будь-яке розгалуження неминуче сильно ослабляє світловий сигнал, і якщо розгалужень буде багато, то світло може просто не дійти до кінця мережі. Крім того, в розгалуджувачі є і внутрішні втрати, так що сумарна потужність сигналу на виході менше вхідної потужності. Оптоволоконний кабель менш готується і гнучкий, чим електричний. Типова величина допустимого радіусу вигину складає близько 10 - 20 см, при менших радіусах вигину центральне волокно може зламатися. Погано переносить кабель і механічне розтягування, а також роздавлюючі дії. Чутливий оптоволоконний кабель і до іонізуючих випромінювань, із-за яких знижується прозорість скловолокна, тобто збільшується загасання сигналу. Різкі перепади температури також негативно позначаються на нім, скловолокно може тріснути. Застосовують оптоволоконний кабель тільки в мережах з топологією зірка і кільце. Жодних проблем узгодження і заземлення в даному випадку не існує. Кабель забезпечує ідеальну гальванічну розв'язку комп'ютерів мережі. В майбутньому цей тип кабелю, ймовірно, витіснить електричні кабелі або, в усякому разі, сильно потіснить їх. Запаси міді на планеті виснажуються, а сировини для виробництва скла більш ніж достатньо. Існують два різні типи оптоволоконного кабелю: багатомодовий або мультимодовый кабель, дешевший, але менш якісніший; одномодовий кабель, більш дорогою, але має кращі характеристики в порівнянні з першим. Суть відмінності між цими двома типами зводиться до різних режимів проходження світлових променів в кабелі.
Мал. 2.5. Розповсюдження світла в одномодовому кабелі У одномодовому кабелі практично всі промені минають один і той же шлях, внаслідок чого вони досягають приймача одночасно, і форма сигналу майже не спотворюється (мал. 2.5). Одномодовий кабель має діаметр центрального волокна близько 1,3 мкм і передає світло тільки з такою ж довжиною хвилі (1,3 мкм). Дисперсія і втрати сигналу при цьому дуже незначні, що дозволяє передавати сигнали на значно більшу відстань, чим в разі застосування багатомодового кабелю. Для одномодового кабелю застосовуються лазерні приймачі, що використовують світло виключно з необхідною довжиною хвилі. Такі приймачі поки що порівняно дорогі і не довговічні. Проте в перспективі одномодовий кабель повинен стати основним типом завдяки своїм прекрасним характеристикам. До того ж лазери мають більшу швидкодію, чим звичайні світлодіоди. Загасання сигналу в одномодовому кабелі складає близько 5 дБ/км і може бути навіть понижено до 1 дБ/км. У багатомодовому кабелі траєкторії світлових променів мають помітний розкид, внаслідок чого форма сигналу на приймальному кінці кабелю спотворюється (мал. 2.6). Центральне волокно має діаметр 62,5 мкм, а діаметр зовнішньої оболонки 125 мкм (це інколи позначається як 62,5/125). Для передачі використовується звичайний (не лазерний) світлодіод, що знижує вартість і збільшує термін служби приймачів в порівнянні з одномодовим кабелем. Довжина хвилі світла в багатомодовому кабелі рівна 0,85 мкм, при цьому спостерігається розкид довжин хвиль близько 30 - 50 нм. Допустима довжина кабелю складає 2 - 5 км. Багатомодовий кабель - це основний тип оптоволоконного кабелю в даний час, оскільки він дешевше і доступнее. Загасання в багатомодовому кабелі більше, ніж в одномодовому і складає 5 - 20 дБ/км.
Мал. 2.6. Розповсюдження світла в багатомодовому кабелі. Типова величина затримки для найбільш поширених кабелів складає близько 4-5 нс/м, що близько до величини затримки в електричних кабелях. Оптоволоконні кабелі, як і електричні, випускаються у виконанні plenum і non-plenum. Безкабельні канали зв'язку Окрім кабельних каналів в комп'ютерних мережах інколи використовуються також безкабельні канали. Їх головна перевага полягає в тому, що не потрібний ніякої прокладки дротів (не треба робити отворів в стінах, закріплювати кабель в трубах і жолобах, прокладати його під фальшполами, над підвісними стелями або у вентиляційних шахтах, шукати і усувати пошкодження). До того ж комп'ютери мережі можна легко переміщати в межах кімнати або будівлі, оскільки вони ні до чого не прив'язані. Радіоканал використовує передачу інформації по радіохвилях, тому теоретично він може забезпечити зв'язок багато десяток, сотні і навіть тисячі кілометрів. Швидкість передачі досягає десятків мегабіт в секунду (тут багато що залежить від вибраної довжини хвилі і способу кодування). Особливість радіоканалу полягає в тому, що сигнал вільно випромінюється в ефір, він не замкнутий в кабель, тому виникають проблеми сумісності з іншими джерелами радіохвиль (радио- і телевещательными станціями, радарами, радіолюбительськими і професійними передавачами і так далі). У радіоканалі використовується передача у вузькому діапазоні частот і модуляція інформаційним сигналом сигналу частоти, що несе. Головним недоліком радіоканалу є його поганий захист від прослухування, оскільки радіохвилі розповсюджуються неконтрольовано. Інший великий недолік радіоканалу - слабкий перешкодозахисний. Для локальних безпровідних мереж (WLAN - Wireless LAN) в даний час застосовуються підключення по радіоканалу на невеликих відстанях (звичайні до 100 метрів) і в межах прямої видимості. Найчастіше використовуються два частотні діапазони - 2,4 Ггц і 5 Ггц. Швидкість передачі - до 54 Мбіт/с. Поширений варіант із швидкістю 11 Мбіт/с. Мережі WLAN дозволяють встановлювати безпровідні мережеві з'єднання на обмеженій території (зазвичай усередині офісної або університетської будівлі або в таких суспільних місцях, як аеропорти). Вони можуть використовуватися в тимчасових офісах або в інших місцях, де прокладка кабелів неосуществима, а також як доповнення до наявної дротяної локальної мережі, покликане забезпечити користувачам можливість працювати переміщаючись по будівлі. Популярна технологія Wi-Fi (Wireless Fidelity) дозволяє організувати зв'язок між комп'ютерами числом від 2 до 15 за допомогою концентратора (званого точка доступу, Access Point, AP), або декількох концентраторів, якщо комп'ютерів від 10 до 50. Крім того, ця технологія дає можливість зв'язати дві локальні мережі на відстані до 25 кілометрів за допомогою потужних безпровідних мостів. Для прикладу на (мал. 2.7) показано об'єднання комп'ютерів за допомогою однієї точки доступу. Поважно, що багато мобільних комп'ютерів (ноутбуки) вже мають вбудований контроллер Wi-Fi, що істотно спрощує їх підключення до безпровідної мережі.
Мал. 2.7. Об'єднання комп'ютерів за допомогою технології Wi-Fi Радіоканал широко застосовується в глобальних мережах як для наземного, так і для супутникового зв'язку. У цьому застосуванні біля радіоканалу немає конкурентів, оскільки радіохвилі можуть дійти до будь-якої точки земної кулі. Інфрачервоний канал також не вимагає сполучних дротів, оскільки використовує для зв'язку інфрачервоне випромінювання (подібно до пульта дистанційного керування домашнього телевізора). Головна його перевага в порівнянні з радіоканалом - нечутливість до електромагнітних перешкод, що дозволяє застосовувати його, наприклад, у виробничих умовах, де завжди багато перешкод від силового устаткування. Правда, в даному випадку потрібна досить висока потужність передачі, щоб не впливали ніякі інші джерела теплового (інфрачервоного) випромінювання. Погано працює інфрачервоний зв'язок і в умовах сильної запиленої повітря. Швидкості передачі інформації по інфрачервоному каналу зазвичай не перевищують 5-10 Мбіт/с, але при використанні інфрачервоних лазерів може бути досягнута швидкість більше 100 Мбіт/с. Секретність передаваної інформації, як і в разі радіоканалу, не досягається, також потрібні порівняно дорогі приймачі і передавачі. Все це приводить до того, що застосовують інфрачервоні канали в локальних мережах досить рідко. В основному вони використовуються для зв'язку комп'ютерів з периферією (інтерфейс IRDA). Інфрачервоні канали діляться на дві групи: Канали прямої видимості, в яких зв'язок здійснюється на променях, що йдуть безпосередньо від передавача до приймача. При цьому зв'язок можливий тільки за відсутності перешкод між комп'ютерами мережі. Зате протяжність каналу прямої видимості може досягати декількох кілометрів. Канали на розсіяному випромінюванні, які працюють на сигналах, відбитих від стенів, стелі, підлоги і інших перешкод. Перешкоди в даному випадку не перешкода, але зв'язок може здійснюватися тільки в межах одного приміщення. Якщо говорити про можливі топологиях, то найприродніше всі безпровідні канали зв'язку личать для топології типа шина, в якій інформація передається одночасно всім абонентам. Але при використанні вузьконаправленої передачі і/або частотного розділення по каналах можна реалізувати будь-які топології (кільце, зірка, комбіновані топології) як на радіоканалі, так і на інфрачервоному каналі.
