Видове носещи среди при компютърните мрежи Кабелна система при компютърните мрежи Видове кабели

За да се изгради компютърна мрежа са необходими следните компоненти: компютри, мрежова преносна среда и устройства за свързване.

1. Видове носещи среди при компютърните мрежи.

Мрежовата преносна среда е физическата среда, която служи за пренасяне на сигналите от едно мрежово устройство към друго. Преносната среда може да бъде кабелна или безжична

1.1. Кабели

При изграждане на компютърните мрежи се използват следните видове кабели

§ Коаксиален кабел. Представлява меден проводник, обвит с гъвкав изолатор, покрит с медна оплетка или медно фолио, играещо ролята на втора жица във веригата и екран за вътрешният проводник. Екранът е покрит с обвивка от пластмаса, гума или негорим материал.

§ Кабел тип усукана двойка. Под външната опаковка са скрити усукани по двойки изолирани медни проводници, като по този начин се намаляват паразитните шумове (т.е влиянието на сигнала от единният проводник върху сигнала, предаван по другия). Наличен е в два основни типа : неекраниран (UTP) и екраниран (STP).

§ влакнесто-оптичен кабел - Вместо мед се използват тънки нишки стъкло или пластмаса, по които сигналът се предава под формата на светлинни импулси.

1.2. Безжична преносна среда

Това е съвременна технология, предлагаща голям набор от предимства пред традиционната жична технология.Тези предимства се простират от увеличено удобство за клиентите и намаляване на разходите за изграждане, до улесняване на инсталацията на мрежата.Едно внедряване на безжична мрежа може да спести значително количество средства, тъй като няма нужда от допълнителни кабели, куплунзи или мрежови комутатори.Добавянето на нови потребители се свежда до инсталирането на безжична карта и включването на компютъра.Безжичните мрежи се използват, също така, за предоставяне на мрежов достъп на места, където няма традиционна мрежова инфраструктура.

Пример за такава технология може да бъде видян при новите преносими компютри, повечето от които вече се доставят с интегриран 802.11b или g интерфейс.

Безжичните LAN мрежи са базирани на различни методи на предаване:

§ Радиовълни - освен радиопредавания, те могат да предават и сигнали, носещи данни. Биват две категории: теснолентови радиовълни (предавателят изпраща сигнал с определена чистота, а приемникът, настроен на същата честота, приема сигнала) и радиовълни с разширен спектър (предавателят прескача от една честота на друга, а приемникът трябва ад знае честотите, реда за смяна и времената за смяна)

§ Лазер - лазерните мрежи работят чрез използване на импулси лазерна светлина , с които се представя сигналът. Лазерната технология има недостатъка, че изисква пряка видимост т.е. между предаващите и приемащите устройства не трябва да има никакви прегради.

§ Инфрачервени лъчи - сигналът се пренася с помощта на лъчи в инфрачервения спектър. За целта се използват много високи честоти, намиращи се в диапазона точно под видимият спектър на светлината. Тези мрежи изискват наличие на приемопредавател в двете комуникиращи устройства, който всъщност би изисквал и софтуер за синхронизация.

Използват се предимно при мултимедийните приложения.

Недостатъци на мрежите са инфрачервени лъчи са:

o Ограничение на обхвата-принципно позволяват връзки на разстояние около 1500 м., но най често се срещат около 30 м.

o Уязвимост-околната светлина може да предизвика смущения.

§ Сателитна връзка – чрез този тип съобщителна среда се предават сигнали в мрежи, които са на голямо разстояние. Сигналите се предават посредством спътници.

§ Bluetooth (Блу туф)- технология, чрез която се изграждат безжични мрежи, в които могат да участват не само компютри, но и други устройства - например мобилни телефони или дори апарати от домашния ни интериор - печки, хладилници... Bluetooth устройството изпълнява функциите на радиопредавател/приемник, работещ в честотния диапазон от 2400 - 2483,5 MHz, който е свободен за използване в повечето държави и не изисква лицензиране.

2. Кабелна система при компютърните мрежи.

Кабелната система включва кабелите и оборудването към тях – куплунги, разклонители, удължители, розетки и др.

Важно изискване е кабелната система да отговаря на различните характеристики на проектираната мрежова инфраструктура – големината на мрежата, топология, обема на предаваните данни, скорост на предаването, сигурност и защита на данните от неоторизиран достъп и др.

3. Видове кабели

3.1. Усукана двойка медни проводници

Това е най-разпространения кабел при локалните мрежи и същевременно е найевтиния и лесен за инсталиране. Състои се от два изолирани и взаимноусукани медни проводника. Често няколко двойки проводници са групирани заедно и са поставени в обща защитна обвивка, оформяйки кабела. Броят на двойките е различен. Усукването на двойките намалява, но не елиминира външните шумове, причинени от различни източници. Минус при този тип среда са малките разстояния и големия брой електрически смущения.

Съществуват два варианта на кабел с усукана двойка проводници:

§ неекраниран кабел с усукана двойка проводници (Unshielded Twisted Pair-UTP) това е най-евтиния кабел, но най-неблагонадеждния. Кабелната система от този тип, използва една двойка проводници за изпращане на сигнала и друга за приемане. Недостатък при този вид кабел, е че е твърде податлив на смущения, а разстоянието, до които може да се използва без концентратор е до сто метра.

§ екраниран кабел с усукана двойка - STP (Shielded Twisted Pair) или FTP (Foil screened Twisted Pair)) е кабел с метален екран. Той използва за обвивка медна оплетка, поради което е по- качествен и надежден от UTP кабелите. Също се използва и пластмасова обвивка между и около двойките проводници. Чрез него се постига по-висока скорост на предаване на данните и се покрива по-големи разстояния, в сравнение с неекранирания кабел. Обикновенно се използва при локални мрежи тип Token Ring, докато неекранирания се използва главно за Ethernet. STP кабелите осигуряват чудесна защита на предаването на данни от външни смущения. Металните покриващи елементи при STP и ScTP трябва да бъдат заземени и в двата края. Ако това не е направено добре те стават добри приемници (като антени).

Неекраниран кабел с усукана двойка Екраниран кабел с усукана двойка

Неекранираният кабел с усукана двойка проводници UTP е дефиниран от стандарта за окабеляване на търговски сгради. Този стандарт разделя UTP кабелите на категории.

Категория 1 Традиционни - телефонни кабели, които могат да пренасят глас, но не и данни.

Категория 2 За предаване на данни със скорост 4 Mbps. Състоят се от 4 броя усукани двойки.

Категория 3 За предаване на данни със скорост 10 Mbps. Има четири усукани двойки с по 3 усуквания на един линеен фут дължина на кабела.

Категория 4 За предаване на данни със скорост 16 Mbps. Състои се от четири усукани двойки.

Категория 5 За предаване на данни със скорост от 100 Mbps. Има четири усукани двойки медни проводници.

Категория 6 Това са кабели, които имат честотни характеристики от порядъка на 600700 MHz. Като конструкция те са доста по-различни от тези, които са масово на пазара.

Медните нишки, които се използват в кабелите са по-дебели, AWG 22. При този тип кабели всяка една от двойките трябва да бъде екранирана. Освен това всичките двойки са екранирани като цяло.

Категория 7 Кабели предаващи данни с честота до 900 MHz. Екраниран кабел с усукани двойки STP или FTP.

UTP съдържа 4 усукани двойки медни проводници. Всеки един от тези 8 проводника е покрит с изолационен материал. Като допълнение всички двойки са усукани помежду си. Това спомага за ограничаването деградацията на сигнала вследствие на външни въздействия. За ограничаване на crosstalk (преплитане на сигналите) броят на усукванията варира и той се определя по строги правила. Тези правила определят и категорията на кабела.

Категория 5 е най-често използвана в днешно време, въпреки че и категория 6 кабели намират все по-голямо приложение.

ПРЕДИМСТВА на UTP кабел:

1. Лесен за инсталация и

2. Значително по-евтин от останалите видове кабели.

3. При използването на RJ-45 конектори, потенциалните източници на вредни сигнали са редуцирани до минимум и се гарантира надеждна връзка.

НЕДОСТАТЪЦИ.

4. Податлив на електрически шумове.

5. Сравнително малко разстояние, на което може да се положи този тип кабел без да се използва повторител.

Свързване на UTP кабел

За свързване на UTP кабел се използват куплунги тип RJ-45 с 8 извода, които се поставят в гнездата на устройствата: мрежови карти, хъбове, суичве, рутери и др. През последните години в ремонтирани и новоизграждащи се сгради мрежовите кабели се вграждат в стените, подобно на електрическата инсталация, и към тях се монтират розетки RJ-45, закрепени за стените. Това дава възможност компютрите да се включват лесно към мрежата. Куплунгите се закрепват към кабела чрез специални клещи.

В зависимост от подредбата на кабелите в куплунгите се различават следните видове свързване:

1. Прав кабел - както са подредени жиците от едната страна, така са подредени и от другата (1-1, 2-2, 3-3 и т.н.). Свързва различни по своя тип устройства, т.е. устройства, които работят на различни слоеве на OSI модела.

2. Кръстосан (crossover) кабел - Приемащите и предаващите проводници са разменени от двете страни 1 с 3, 2 с 6. Служи за връзка между еднотипни устройства.

3. Обратен (Rollover) кабел - Проводниците в двата края на кабела са огледално обърнати.Служи за връзка между компютърния COM порт и конзолния порт на маршрутизатор (рутер) или комутатор (суич).

3.2. Коаксиален кабел

Коаксиалният кабел има два проводника: кух цилиндричен (изпълнен като оплетка или фолио) и разположен по оста на цилиндъра (коаксиално) централен кабел. По централния кабел се пренася сигнала, а обграждащият служи за маса. Между кабелите и отвън има пластмасова изолация.

Съществуват два основни вида коаксиален кабел: тънък и дебел.

Тънкият коаксиален кабел RG-58 е с диаметър приблизително1/4 инч (6 мм) и е погъвкав, отколкото дебелия (thicknet) кабел. Използва се в Ethernet 10Base2 мрежи, а сигналът може да се пренася на разстояние до 185 м, без да се влошава неговото качество. Неговият импеданс (съпротивление) е 50 ома.

Дебелият коаксиален кабел, наричан също Thicknet, има около два пъти по-.голям диаметър от този на тънкия кабел- около половин инч. Поради по-дебелата си сърцевина той може да предава сигнали на доста дълги разстояния – 500 м, без затихване. С него обаче се работи по-трудно поради това, че не е толкова гъвкав и се използва външен приемопредавател, който трябва да се свързва към кабела чрез така нар. „вампирски зъб”.

Положителните страни на кабелна система с коаксиален кабел е, че тя е сравнително надеждна и евтина и има възможност за предаване на графични изображения и човешки говор, предава сигнала на големи разстояния притежава добра шумоустойчивост, висока скорост на предаване и лесно се инсталира. Недостатък при него, е че лесно се поврежда и високата му цена.

От значение е и големината на кабела. С нарастването на плътността на кабела (дебелината) става по-сложно неговото полагане. Характеристики на коаксиалния кабел

Скорост на предаване	10 – 100 Mbps
Цена	ниска
Големина на конекторите	средна
Максимална дължина	500м

Това е много труден и скъп за инсталиране тип кабел. Изключение прави Thinnet, чийто диаметър е едва до 0,35 см. Важни при инсталация са здравите връзки в краищата на кабела. Липсата на защита там определя и множеството проблеми, които възникват при комуникацията.

За свързване на коаксиалния кабел се използват конектори с байонетна връзка BNC. За изграждане на мрежите е необходимо да се използват също и Т-конектори, към двата края на които се закрепват кабелите, а средният служи за връзка с мрежовата карта. При мрежи с топология „шина” в двата края на шината се поставят терминатори (често наричани просто „тапи”)

BNC конектор Т-конектор Терминатор (Тапа)

3.3. Оптичен кабел

Състои се от тънки стъклени нишки (Fibre optic), обвити от стъклен екран и от допълнителна изолация за физическо предпазване на влакната. При оптичния кабел цифровите сигнали се пренасят от оптичните нишки под формата на модулирани светлинни импулси.

Главното му приложение е при изграждане на мрежи от тип FDDI (Fiber Distributed Data Interface) и за по-бърза връзка вътре в локалните мрежи или за гръбнак на локална мрежа.

Обикновено основните съставни части на оптичния кабел са 5:

§ Ядро (Core)

§ Обвивка (cladding)

§ Буфер (buffer)

§ Опорен слой издържащ на опън

§ Външна обвивка

Ядрото (Core) е предавателната част. То се намира в центъра на кабела. По него се предават светлинните сигнали. Обикновено е произведено от смес между силиконов диоксид (силика) и други материали. Понякога нишките се правят от пластмаса, която е по лесна за инсталиране, но не може да пренася данни на толкова голямо разстояние, колкото стъклото.

Обвивката на ядрото (cladding), обикновено също е произведена от силика, но има по-малък индекс на пречупване от ядрото. Лъчите, които минават през влакното се отразяват между границата на ядрото и обвивката, спазвайки правилото за пълно вътрешно отражение.

Буферът (buffer) служи за защита от физически нарушения на влакната и тяхната обвивка. Обикновено е изработен от пластмаса.

Опорен слой (Aramid Yarn) Здравия материал от арамидови влакна, с който е обвит буфера, предпазва кабела от разтягане при неговото полагане.

Външна обвивка (jacket), - предпазва кабела от външно износване и повреда. При multimode оптиката обикновено нейният цвят е оранжев.

Всяка стъклена нишка пренася сигнала само в едната посока, така че кабелът се състои от две нишки в отделни обвивки. Няколко оптични кабела се намират в обща обвивка. В съвременните оптикчни кабели броя на оптичните влакна може да достигне 48.

Сигналите се предават посредством светлинни импулси от инфрачервени светлинни диоди (LEDs) или мощни вертикални лазери (VCSELs).

Основни положения в предаването на светлинни сигнали:

o В теорията на колебанията нормалната вълна с електромагнитно излъчване се нарича мод.

o Лазерът излъчва една или няколко мод.

o Светлината се състои от плоски вълни, движещи се по зигзаобразен път. o Плоските вълни, включващи една мод, се движат с еднаква скорост. o Всяка мод има своя скорост на разпространение, която се отличава от другите мод.

o Светлинният лъч, предаден по световода, постепенно се разширява, ограничавайки лентата на пропускане на светлината.

Различаваме два вида оптичен кабел:

едномодов (Единичен single mode)-още наречен аксиален защото светлината пътува по оста на кабела и е по-бърз от другия режим (до 10Gbps) и се използва при WAN.

При него диаметъра на ядрото е толкова малък, че това принуждава светлината да се движи само по един единствен маршрут.

многомодов (Множествен multi mode Веднъж влязъл в средата, пътищата, по които може да поеме лъча, са ограничени. Тези оптични пътища се наричат modes. Ако диаметърът на ядрото на кабела е достатъчно голям, така че лъча да може да поеме по различни пътища, наричаме този тип кабел "multimode" fiber. Светлинните вълни се движат в стъкления канал под различни ъгли и пътуват неаксиално, т.е. те непрекъснато се отразяват и отскачат от стените на стъклената тръба, затова е по-бавен. Използва се при

LAN. Стандартния multimode фибер е найразпространения тип оптика използван в изграждането на локални мрежи. Той се състои от 62,5 или 50- микронно ядро и 125 микрона обвивка. (1микрон = 0,000001м).

Функционална схема

Схема на предаване на сигналите по оптичен кабел

Сигналите се излъчват от лазери или светоизлъчващи диоди и се разпространяват по сърцевината на кабела.

Твърде често в линията се включват оптични повторители с цел запазване интензивността на сигнала. В приемната страна чрез фотодиод съобщението се преобразува обратно в цифров или аналогов сигнал.

Плюсовете на тази съобщителна среда са: голямата скорост на предаване на данни (над 1000 Mbit/s); сигурна защита от електронни смущения; големи разстояния без нужда от концентратор (100 км.); висока надеждност и голяма сигурност при предаване на данни; продължителен срок на експлоатация; без необходимост от допълнително покритие на кабела. Няма нужда от допълнителна екранизация и защита, тъй като светлината не може да напусне дадено влакно, което не предизвиква никакви crosstalks между тях, за разлика от медните кабели. Това ускорява значително скоростта на предаване при оптиката.

Това означава също, че оптичните кабели не могат да бъдат подслушвани, за да се откраднат данни, което е възможно при всички видове медни кабели пренасящи електронни сигнали.

Голямата му цена и мрежовите адаптери за свързване към него, както и лесната му повредимост са една от причините той да не е разпространен масово. Първоначално оптичните кабели не са можели да се огъват на повече от 30 градуса, но съвременните технологии позволяват този ъгъл да се увеличи до 90 градуса.

Съвременните оптични кабели са много по-тънки и леки от използваните преди няколко години, което позволява лесното им полагане. В миналото са останали огромните и тежки макари с дебел оптичен кабел, изискващи обслужване от екип от десетина души.