Протоколы физического уровня

ЛЕКЦИЯ Протоколы физического уровня Интерактивное задание: управление средой. Протоколы физического уровня. Способы подключения. Подключение к сети. Сетевые интерфейсные платы. Назначение физического уровня. Физический уровень. Средства передачи данных физического уровня. Стандарты физического уровня. Основные принципы уровня 1. Основные принципы физического уровня. Производительность (throughput). Типы физической среды. Сетевая среда. Прокладка медных кабелей. Характеристики медных кабелей. Прокладка кабелей типа UTP Особенности прокладки кабелей типа UTP. Разъёмы UTP-кабеля. Тестирование кабелей UTP. Прокладка оптоволоконных кабелей. Особенности прокладки оптоволоконных кабелей. Проверка оптоволоконных кабелей. Оптоволоконные кабели и медные кабели. 1 ВВЕДЕНИЕ Для удобства нашей коммуникации модели взаимодействия открытых систем (OSI) разделяют функции сети передачи данных на уровни. Для передачи данных каждый уровень используется с уровнями, расположенными в непосредственной близости к нему. Два уровня в рамках модели OSI связаны настолько тесно, что в соответствии с моделью TCP/IP представляют собой один уровень. Ими являются канальный и физический уровень. На отправляющем устройстве роль канального уровня состоит в подготовке данных для передачи и контроле над доступом данных к физической среде. Однако именно физический уровень контролирует передачу данных в физическую среду, кодируя двоичные представления данных в сигналы. На принимающей стороне физический уровень принимает сигналы из среды передачи данных. После декодирования сигнала в данные физический уровень передаёт их канальному уровню для обработки. В начале этой главы представлена информация об общих функциях физического уровня, а также о стандартах и протоколах, которые обеспечивают передачу данных по локальной среде. Кроме того, в данной главе содержатся сведения о функциях канального уровня и протоколах, которые с ним связаны. 1 ПРОТОКОЛЫ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ 1.1 Способы подключения. Подключение к сети При подключении к домашнему локальному принтеру или веб-сайту в другой стране необходимо сначала установить физическое подключение к локальной сети, прежде чем произойдёт передача данных по сети. Физическое подключение может осуществляться проводным подключением с помощью кабеля или беспроводным подключением с помощью радиоволн. 2 Тип используемого физического подключения полностью зависит от конфигурации сети. Например, офисы многих компаний оборудованы настольными компьютерами или ноутбуками с физическим подключением к совместно используемому коммутатору посредством кабеля. Это проводная сеть, в которой данные передаются по физическому кабелю. Рисунок 1 — Домашний маршрутизатор 1.2 Сетевые интерфейсные платы Сетевые интерфейсные платы (NIC) служат для подключения устройства к сети. Сетевые интерфейсные платы Ethernet используются для проводного подключения, а сетевые интерфейсные платы беспроводной локальной сети — для беспроводного подключения. Устройство конечного пользователя может содержать один или оба типа интерфейсных плат. Не все физические соединения одинаковы с точки зрения уровня производительности при подключении к сети. Все беспроводные устройства должны иметь общий доступ к радиоэфиру точки беспроводного доступа. Это означает, что при одновременном подключении большого количества беспроводных устройств производительность сети может снизиться. Проводному устройству не нужен общий доступ к сети. Каждое проводное устройство имеет отдельный канал связи по отдельным кабелям Ethernet. 3 2 НАЗНАЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ 2.1 Физический уровень Физический уровень OSI позволяет передавать по сетевой среде биты, из которых состоит кадр канального уровня. Этот уровень принимает весь кадр от канального уровня и кодирует его в серию сигналов, которые передаются по локальной среде. Закодированные биты, из которых состоит кадр, будут получены либо оконечным, либо промежуточным устройством. При переходе от узла источника к узлу назначения данные подвергаются следующему процессу. Пользовательские данные разделяются на сегменты транспортным уровнем, распределяются по пакетам сетевым уровнем, далее инкапсулируются в кадры канальным уровнем. Физический уровень OSI изображен на рисунке 4. 4 Рисунок 4 — Физический уровень OSI 2.2 Средства передачи данных физического уровня Существуют три основных вида сред передачи данных. Физический уровень создаёт представление и группы битов для каждого типа среды, к которым относятся следующие. Медный кабель: сигналы представляют собой шаблоны электрических импульсов. Оптоволоконный кабель: сигналы представляют собой световые шаблоны. Беспроводная сеть: сигналы представляют собой шаблоны микроволновой передачи. На рисунке 5 показаны примеры сигналов для медных, оптоволоконных и беспроводных сред передачи данных. Рисунок 5 — Примеры сигналы данных 5 Для обеспечения функциональной совместимости на физическом уровне все аспекты этих функций регламентируются организациями по стандартизации. 2.3 Стандарты физического уровня Протоколы и операции верхних уровней модели OSI выполняются в ПО, разработанном программистами и компьютерными специалистами. Например, службы и протоколы в стеке протоколов TCP/IP определяются Инженерной группой по развитию Интернета (IETF) в серии документов RFC, как показано на рисунке 6. Рисунок 6 — Уровни Физический уровень состоит из электронных схем, средств передачи данных и разъёмов, разработанных инженерами. Таким образом, важно, чтобы стандарты, регулирующие это оборудование, определялись соответствующими организациями по электроснабжению и коммуникациям. 6 Существует целый ряд различных международных, национальных, правительственных регулирующих организаций, а также частных компаний, которые участвуют в создании и сохранении стандартов физического уровня. Например, стандарты оборудования, средств передачи данных, кодирования и передачи сигналов на физическом уровне определяются и регулируются следующими организациями: − Международная организация по стандартизации (ISO); − Ассоциация телекоммуникационной индустрии/Ассоциация электронных промышленностей (TIA/EIA); − Международный союз электросвязи (ITU); − Американский национальный институт стандартизации (ANSI); − Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE); − Региональные органы регулирования телекоммуникаций, в том числе Федеральная комиссия связи (FCC) в США и Европейский институт стандартизации по электросвязи (ETSI). 3 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ УРОВНЯ 1 3.1 Основные принципы физического уровня Стандарты физического уровня направлены на три функциональные области. Физические компоненты Физические компоненты — это электронные аппаратные устройства, средства передачи данных, а также другие блоки соединения, которые передают и переносят сигналы для представления битов. Все аппаратные компоненты, такие как сетевые адаптеры (NIC), интерфейсы и блоки соединения, кабельные материалы и конструкции кабелей, указаны в стандартах, относящихся к физическому уровню. Различные порты и интерфейсы на маршрутизаторе Cisco 1941 также являются примерами 7 физических компонентов с определёнными разъёмами и схемами подключения в зависимости от стандартов. Кодирование Кодирование или кодирование канала — это способ преобразования потока бит в предопределённый «код». Коды — это группы бит, использующихся для обеспечения заданного шаблона, который может распознать как получатель, так и отправитель. В сети кодирование определяется правилом изменения напряжения или тока, используемого для представления бит: нулей и единиц. Кроме кодирования данных, кодирование на физическом уровне также может создавать коды в целях контроля, например, для определения начала и конца кадра. Общие методы кодирования сети включают в себя. Манчестерское кодирование: нули представлены переходом от высокого к низкому напряжению; единицы представлены переходом от низкого к высокому напряжению. Этот тип кодирования используется в предыдущих версиях Ethernet, RFID-устройствах и в технологии Near Field Communication (NFC). Без возврата к нулю (NRZ): распространённый способ кодирования данных, у которого есть два состояния, обозначенные «нулем» и «единицей» без нейтрального или исходного положения. Нуль может быть представлен в среде передачи данных одним уровнем напряжения; единицы должны быть представлены другим уровнем напряжения. Примечание. Увеличение скорости передачи данных требует более сложного кодирования, например, 4B/5B. Однако в данном курсе эти способы не описаны. Передача сигнала Физический уровень должен создавать электрические, оптические и беспроводные сигналы, которые представляют в среде «1» и «0». Метод 8 представления битов называется методом передачи сигнала. Стандарты физического уровня должны определять, какой тип сигнала соответствует «1», а какой тип соответствует «0». Это может быть просто переменой уровня напряжения электрического сигнала или длительности оптического импульса. Например, длинный импульс может представлять 1, а короткий может представлять 0. Сигналы передаются одним из двух способов: 1) асинхронный: сигналы передаются без соответствующего тактового сигнала. 2) синхронный: сигналы данных посылаются в соответствии с тактовым сигналом, который отмеряет равные промежутки времени, которые называются временем передачи бита. Модуляция — это процесс, при котором характеристика одной волны (сигнал) изменяет другую волну (модулируемый сигнал). При передаче данных по среде распространены следующие методы модуляции: − Частотная модуляция (ЧМ): способ передачи, при котором несущая частота зависит от сигнала; − Амплитудная модуляция (AM): способ передачи, при котором несущая амплитуда зависит от сигнала; − Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ): способ передачи, при котором аналоговый сигнал, например, голос, преобразуется в цифровой сигнал путём дискретизации амплитуды сигнала и выражением амплитуд в двоичной системе. На рисунке 7 показано, как способы частотной и амплитудной модуляции используются для передачи сигнала. 9 Рисунок 7 — Использование способов частотной и амплитудной модуляции для передачи сигнала 3.2 Пропускная способность Разные физические среды передачи данных поддерживают разные скорости передачи бит. Как правило, передача данных обсуждается с точки зрения заявленной пропускной способности (bandwidth) и производительности (throughput). Пропускная способность (bandwidth) — это способность среды передавать данные. Цифровая пропускная способность определяет объём данных, передаваемый из одного пункта в другой за определённое время. Обычно пропускная способность измеряется в килобитах в секунду (Кбит/с) или мегабитах в секунду (Мбит/с). 3.3 Производительность (throughput) Производительность (throughput) — это измерение скорости передачи битов по среде за указанный промежуток времени. Из-за множества факторов производительность (throughput) обычно не соответствует заявленной пропускной способности (bandwidth) в средах на физическом уровне. На производительность (throughput) влияет ряд факторов, в том числе: − объём трафика; 10 − тип трафика; − время ожидания, вызванное конфликтом нескольких сетевых устройств между источником и назначением. Время ожидания (Latency) — это общее время, которое включает задержки (delays) для перемещения данных от одной точки к другой. При сетевом взаимодействии или в сети с несколькими сегментами производительность (throughput) не может быть выше, чем самое медленное соединение между источником и получателем. Даже если все или большинство сегментов имеют высокую заявленную пропускную способность (bandwidth), производительность всего канала (throughput) определяется сегментом пути с наинизшей производительностью, который создаёт узкое место для производительности всей сети. 3.4 Типы физической среды Физический уровень создаёт представление потока бит в виде изменений уровней напряжения, модулированных сигналов на определённых радиочастотах или световых импульсов. Например, стандарты сред передачи данных на основе медного кабеля определены для: − типа используемых медных кабелей; − пропускной способности связи; − типа используемых разъёмов; − схем подключения и цветовых кодов подключений к среде; − максимальной протяжённости кабеля. На рисунке 8 показаны различные типы интерфейсов и портов, доступных на маршрутизаторе 1941. 11 Рисунок 8 — Типы интерфейсов и портов, доступные на маршрутизаторе Cisco1941 12 4 СЕТЕВАЯ СРЕДА 4.1 Прокладка медных кабелей. Характеристики медных кабелей Сети используют медные кабели, потому что они не требуют больших затрат, удобны в установке и обладают низким сопротивлением электрическому току. Однако медные кабели ограничены расстоянием и помехами сигнала. Электромагнитные помехи (ЭМП) или радиочастотные помехи (РЧП) — сигналы ЭМП и РЧП могут искажать и повреждать сигналы данных, передаваемые по медному кабелю. Потенциальные источники ЭМП и РЧП включают в себя радиоволны и электромагнитные устройства, например, флуоресцентные лампы или электродвигатели, как показано на рисунке. Перекрёстные помехи — это помехи, вызванные электрическими или магнитными полями сигнала на одном кабеле по отношению к сигналу в смежном кабеле. В телефонных каналах помехи могут привести к тому, что в одном канале будет услышана часть постороннего разговора. Сопротивление медных кабелей к электрическому шуму может быть ограничено: − выбором типа кабеля и категории, подходящих данной сетевой − проектированием инфраструктуры кабеля для предотвращения среде; известных и потенциальных источников помех в структуре здания; − использованием методов прокладки кабеля, которые подразумевают правильное обращение и обработку кабелей. Медные кабели. В сетевых технологиях существуют три основных типа медных кабелей, которые изображены на рисунке 9: − неэкранированная витая пара (UTP); − экранированная витая пара (STP); − коаксиальный кабель. 13 Рисунок 9 — Три основных типа медных кабелей Эти кабели используются для соединения узлов в локальной сети и устройств сетевой инфраструктуры, таких как коммутаторы, маршрутизаторы и точки беспроводного доступа. Каждый тип соединения и соответствующие устройства имеют определённые требования кабелей, предусмотренные стандартами физического уровня. 4.2 Кабель типа незащищённая витая пара (UTP) Кабель типа распространённая незащищённая сетевая среда. витая пара (UTP) Кабели UTP с — наиболее разъёмами RJ-45 используются для связи сетевых узлов с промежуточными сетевыми устройствами, такими как коммутаторы и маршрутизаторы. В локальных сетях кабель UTP состоит из четырёх пар проводов с цветной маркировкой. Эти провода перекручены между собой и защищены от небольших физических повреждений гибкой пластиковой оболочкой. Перекручивание проводов защищает провода от помех со стороны других проводов. 14 Как видно на 10 рисунке, цветные маркировки определяют отдельные пары и провода в парах, а также облегчают оконцовку кабелей. Рисунок 10 — Кабель типа незащищённая витая пара 4.3 Кабель на основе экранированной витой пары (STP) Кабели на основе экранированной витой пары (STP) имеют повышенный уровень защиты в отличие от кабелей на основе незащищённой витой пары (UTP). При этом они обходятся значительно дороже и сложны в установке. Как и UTP, кабели STP используют разъём RJ-45. Доступны различные типы кабелей STP с различными характеристиками. При этом существуют два распространённых вида защищённых витых пар: − STP защищает целую связку проводов фольгой, что устраняет практически все помехи; − STP защищает весь пучок проводов, а также отдельные пары проводов фольгой, что устраняет все помехи. В кабеле STP, показанном на рисунке 11, используются четыре пары проводов, каждая из которых обёрнута экраном из фольги, а затем металлической оплёткой или фольгой. 15 В течение многих лет защищённые витые пары служили кабельной структурой при прокладке локальной сети с маркерным доступом (TokenRing, IEEE 802.5). В результате падения спроса на такие сети использование защищённых витых пар также значительно снизилось. Однако новый стандарт 10 гигабайт для Ethernet предполагает использование защищённых витых пар, что обеспечивает возобновление интереса к ним. Рисунок 11 — Кабель на основе экранированной витой пары 4.4 Коаксиальный кабель Коаксиальный кабель называется так потому, что два проводника в нём используют одну и ту же ось. Как показано на рисунке, коаксиальный кабель состоит из следующих элементов: − медный проводник, используемый для передачи электрических сигналов; − медный проводник, окружённый изоляцией из эластичного пластика; − изолирующий материал, окружённый медной оплёткой или металлической фольгой, который выступает в качестве второго провода в 16 канале, а также экрана для внутреннего проводника. Этот второй уровень, или экран, также снижает количество внешних электромагнитных помех. Весь кабель покрыт кабельной оболочкой для защиты от небольших физических повреждений. Коаксиальный кабель изображен на рисунке 12. Рисунок 12 — Коаксиальный кабель Примечание. С коаксиальным кабелем используются различные типы разъёмов. В прошлом коаксиальный кабель использовался в кабельном телевидении, которое передавало сигналы только в одном направлении. Кроме того, он широко использовался в системах Ethernet. Несмотря на то, что кабель UTP, по сути, заменил коаксиальный кабель в современной проводке Ethernet, строение коаксиального кабеля было модернизировано для использования в радиоустановках и установках интернет-кабелей. 17 4.5 Безопасность медных кабелей Все три типа медных средств передачи уязвимы к огню и электрическому току. Угроза пожара может возникнуть из-за воспламеняемости кабельной изоляции и экранов. При строительстве учреждений или организаций, возможно, потребуется оговорить стандарты безопасности для установки кабелей и соответствующего оборудования. 5 ПРОКЛАДКА КАБЕЛЕЙ ТИПА UTP 5.1 Особенности прокладки кабелей типа UTP UTP-кабель состоит из четырёх пар проводов с цветной маркировкой, которые перекручены между собой и упакованы в оболочку из эластичного пластика. Сетевой кабель UTP имеет четыре пары медных проводов калибра 22 или 24 (диаметра примерно 0,5 мм). Кабель UTP имеет внешний диаметр примерно 0,43 см (0,17 дюймов). Кабель UTP имеет внешний диаметр примерно 0,43 см (0,17 дюймов). Его компактные размеры могут облегчить процесс установки. Кабель UTP не использует защиту от ЭМП и РЧП. Вместо этого проектировщиками кабелей было выявлено, что ограничить отрицательное влияние помех можно следующими способами: Отмена (Canсellation): проектировщики объединяют пары проводов в одну схему. Когда в двух проводах пары ток течёт в противоположных направлениях магнитные поля вокруг проводников противоположны друг другу. Таким образом, два магнитных поля самоуничтожаются, а также обеспечивается защита от внешних наводок от других пар, ЭМП и РЧП. Изменение количества витков в витой паре: для повышения эффекта отмены разработчики изменяют количество витков в каждой витой паре. Кабели UTP, изображенные на рисунке 13, должны точно соответствовать спецификациям, регламентирующим количество разрешённых витков или 18 оплёток на 1 метр кабеля. Обратите внимание, что на рисунке оранжевые и бело-оранжевые пары перекручены меньше, чем синие и бело-синие пары. Каждая покрашенная пара переплетена разное количество раз. Чтобы ограничить затухание сигнала и обеспечить самозащиту пар проводов в сетевой среде, кабель UTP полагается исключительно на эффект отмены. Рисунок 13 — UTP-кабель 5.2 Стандарты прокладки кабелей типа UTP Кабели UTP соответствуют требованиям стандартов, установленных организацией TIA/EIA. В частности, TIA/EIA-568A описывает коммерческие стандарты прокладки кабеля в локальных сетях. К указанным элементам относятся: − типы кабелей; − длина кабелей; − разъёмы; − оконцовка кабелей; − способы проверки кабелей. 19 Кабели более высших категорий разработаны и сконструированы для передачи данных на более высокой скорости. По мере развития и внедрения новых технологий Ethernet для гигабитных скоростей передачи данных минимально допустимым типом кабелей является Сat5e, а Cat6 рекомендуется для прокладки новых сетей. На рисунке 14 выделены различные категории кабелей UTP. 5.3 Разъёмы UTP-кабеля Кабель UTP обычно имеет разъём RJ-45 ISO 8877. Этот разъём используется для множества спецификаций физического уровня, одним из которых является Ethernet. Стандарт TIA/EIA 568 описывает цветовые маркировки проводов для схем подключения кабелей Ethernet. Рисунок 15 демонстрирует кабель UTP с разъёмом RJ-45. Рисунок 14 — Категории кабелей типа UTP, Рисунок 15 — кабель UTP с разъёмом RJ-45 Как показано на рисунке 16, разъём RJ-45 является разъёмом типа «папа», закреплённым на конце кабеля. Розетка — разъём типа «мама» в сетевом устройстве, стене, на пульте управления или коммутационной панели. 20 Примеры неправильно и правильно обжатого UTP-кабеля изображен на рисунке 17. Рисунок 16 — кабель UTP с разъёмом RJ-45 Рисунок 17 — Примеры неправильно и правильно обжатого UTP-кабеля 5.4 Разновидности кабелей типа UTP В различных ситуациях кабели типа UTP должны быть подключены в соответствии с различными правилами. Это означает, что отдельные провода 21 кабеля должны быть подключены в разном порядке к различным наборам контактов в разъёмах RJ-45. Основные типы кабелей, которые используются согласно определённым правилам, перечислены ниже. Прямой кабель Ethernet: наиболее распространённый тип сетевого кабеля; как правило, используется для подключения узла к коммутатору и коммутатора к маршрутизатору. Перекрёстный кабель Ethernet: не распространённый тип кабеля; используется для соединения аналогичных устройств друг к другу, например, для подключения коммутатора к коммутатору, узла к узлу или маршрутизатора к маршрутизатору. Инверсный кабель: кабель, запатентованный компанией Cisco; используется для подключения к маршрутизатору или порту консоли коммутатора. Неправильное использование перекрёстного или прямого кабеля между устройствами не повредит устройствам, но при этом между ними не произойдёт соединения или связи. Такая ошибка часто встречается на практике. При отсутствии подключения сначала нужно проверить правильность подключения устройств. 22 Рисунок 18 — Показаны кабель типа UTP, связанные с ним стандарты и типичные способы применения этих кабелей. Также на рисунке 18 изображены отдельные пары проводов для стандартов TIA 568A и TIA 568B. 5.5 Тестирование кабелей UTP После установки кабеля UTP необходимо использовать устройство для проверки следующих параметров: − схема проводки; − длина кабеля; − потеря сигнала вследствие ослабления; − перекрёстные помехи. Рекомендуется тщательно проверить, что все требования к установке UTP выполнены. 23 6 ПРОКЛАДКА ОПТОВОЛОКОННЫХ КАБЕЛЕЙ 6.1 Особенности прокладки оптоволоконных кабелей Оптоволоконные кабели приобрели большую популярность благодаря их способности объединять сетевые устройства инфраструктуры. Их применение позволяет передавать данные на большие расстояния при более высокой пропускной способности (скорости передачи данных), чем при использовании других сетевых средств передачи данных. Оптическое волокно — это гибкий, но очень тонкий и прозрачный кабель из чистого стекла (кварца) толщиной в человеческий волос. В оптоволоконном кабеле биты кодируются в виде световых импульсов. Оптоволоконный кабель действует как световод, передавая свет двумя концами кабеля с минимальной потерей сигнала. Для аналогии представьте себе пустой рулон от бумажного полотенца, внутренние стенки которого покрыты зеркальной поверхностью длиной в тысячу метров, а также небольшую лазерную указку, используемую для передачи сигналов Морзе со скоростью света. По сути, именно так функционирует оптоволоконный кабель, только он имеет гораздо меньший диаметр и использует сложные светоизлучающие и принимающие технологии. В отличие от медных проводов, оптоволоконный кабель может передавать сигналы при более низком показателе ослабления, а также он абсолютно устойчив к воздействию электромагнитных и радиочастотных помех. В настоящее время оптоволоконные кабели используются в четырёх типах производства. Корпоративные сети. Оптоволоконный кабель используется для прокладки магистральной кабельной системы и связи сетевых устройств, реализующих инфраструктуру. 24 Технология «оптоволокно до квартиры» и сети доступа. Технология «оптоволокно до квартиры» (Fiber to the Home, FTTH) используется для обеспечения постоянного подключения сетей широкополосного доступа для индивидуальных пользователей и небольших предприятий. Технология FTTH поддерживает использование высокоскоростного доступа в Интернет, а также дистанционной передачи данных, телемедицины и видео по запросу. Сети дальней связи. Поставщики используют наземные оптоволоконные сети дальней связи для обеспечения международного и междугороднего соединения. Обычно эти сети действуют в диапазоне от нескольких десятков до нескольких тысяч километров и поддерживают скорость до 10 Гбит/с. Подводные сети. Используются специальные оптоволоконные кабели для обеспечения пропускной надёжных способностью, высокоскоростных которые способны каналов с высокой работать в тяжёлых глубоководных условиях и пролегают через океаны. 6.2 Конструкция оптоволоконного кабеля Хотя оптоволокно очень тонкое, оно состоит из двух типов стекла и защищено наружным экраном. В частности, к компонентам оптоволокна относятся. Сердечник — состоит из прозрачного стекла и является частью волокна, по которому проходит свет. Оболочка оптического волокна — стекло, которое окружает сердцевину и выступает в качестве зеркала. Световые импульсы, которые проходят по сердцевине, отражаются оболочкой. Благодаря этому они удерживаются в сердцевине волокна, представляя собой феномен полного внутреннего отражения. Внешняя оболочка — как правило, выполнена из поливинилхлорида (PVC), который защищает сердцевину и оболочку кабеля. В состав 25 оптоволокна также могут входить укрепляющие материалы и буфер (обшивка), которые защищают стекло от царапин и влаги. Рисунок 19 — Конструкция оптоволоконного кабеля 6.3 Типы оптоволоконных кабелей Световые импульсы, которые представляют передаваемые данные в виде битов в среде, генерируются посредством: − лазеров; − светоизлучающих диодов; − полупроводниковых устройств, называемых фотодиодами, которые определяют световые импульсы и преобразуют их в электрические сигналы, которые затем могут быть преобразованы в кадры данных. Оптоволоконные кабели можно классифицировать по двум типам. Одномодовый оптоволоконный кабель (ООК): состоит из сердечника небольшого диаметра и для передачи луча света использует дорогостоящую лазерную технологию. Такой кабель повсеместно используется для проведения соединения на несколько сотен километров, например, для дальней телефонии и приложений кабельного телевидения. Многомодовый оптоволоконный кабель (МОК): состоит из сердцевины большего диаметра и для передачи световых импульсов 26 использует светодиоды. Импульс из светоизлучающего индикатора входит в многомодовое волокно под разными углами. МОК часто используется в локальных сетях, поскольку может функционировать с помощью недорогих светодиодов. Такой тип кабеля обеспечивает пропускную способность до 10 Гбит/с на расстоянии до 550 метров. На рисунках 20 и 21 выделены характеристики МОК и ООК. Одно из основных отличий между МОК и ООК — значение дисперсии. Рисунок 20 Одномодовый кабель Рисунок 21 Многомодовый кабель 27 6.4 Сетевые оптоволоконные разъёмы Оптоволоконный разъём размещается на конце оптического волокна. Существуют различные разъёмы для оптоволоконных кабелей. Основные отличия между этими типами разъёмов состоят в размерах и методах механических соединений. Как правило, организации отдают предпочтение одному типу разъёма, в зависимости от используемого оборудования, или присваивают каждому типу волокна отдельный тип разъёма (один для кабелей МОК, другой — для кабелей ООК). В настоящее время используются около 70 типов всевозможных разъёмов. Как показано на рисунке 22, к трём наиболее распространённым типам разъёмов для оптоволоконных сетей относятся следующие. Прямоконечный разъём (ST): устаревший тип разъёма, широко используемый с многомодовым волокном. Разъём абонента (SC): также называется квадратным или стандартным. Этот тип разъёма, широко используемый в локальных и глобальных сетях, оснащён самозапирающимся механизмом для обеспечения надёжного монтажа. Также он используется с многомодовым и одномодовым оптоволоконным кабелем. Светящийся разъём (LC): также называется малым или локальным разъёмом. Его популярность стремительно растёт благодаря небольшому размеру. Он используется с одномодовым оптоволоконным кабелем и поддерживает многомодовый кабель. Примечание. Другие разъёмы для волоконных кабелей, например, обжимной соединитель (FC) или подминиатюрный А (SMA), редко используются в локальных и глобальных сетях. Биконический разъём и разъём D4 являются устаревшими типами разъёмов. Эти разъёмы не рассматриваются в данной главе. Поскольку по оптоволокну свет передаётся только в одном направлении, для работы в полнодуплексном режиме требуются два 28 оптоволоконных кабеля. Таким образом, оптоволоконные соединительные кабели могут связывать два оптоволоконных кабеля с парой стандартных разъёмов. Некоторые оптоволоконные разъёмы можно подсоединить как к передающему, так и принимающему волоконному кабелю с помощью одного соединителя, который называется дуплексным соединителем. Он показан на рисунке 22. Для соединения устройств инфраструктуры требуются соединительные оптоволоконные кабели. Некоторые из распространённых соединительных кабелей показаны на рисунке 23: − соединительный многомодовый кабель SC-SC; − соединительный одномодовый кабель LC-LC; − соединительный многомодовый кабель ST-LC; − соединительный одномодовый кабель SC-ST. Неиспользуемые оптоволоконные кабели должны быть защищены небольшой пластиковой крышкой. Кроме того, обратите внимание на цветовые маркировки для различения одномодовых и многомодовых соединительных кабелей. Согласно стандарту TIA-598 жёлтая оболочка используется для одномодовых волоконных кабелей, а для многомодовых кабелей используется оранжевая (или цвета морской волны). 29 Рисунок 22 — Оптоволоконные разъемы, Рисунок 23 — Общие соединительные оптоволоконные провода 6.5 Проверка оптоволоконных кабелей Оконцовка специальной и соединение подготовки оптоволоконного кабеля и оптоволоконных оборудования. приведёт к кабелей Неправильная уменьшению требует оконцовка расстояния распространения сигнала или полному нарушению передачи. К трём наиболее распространённым ошибкам при оптоволоконной оконцовке и соединении относятся следующие. Смещение: оптоволоконные кабели не прилегают друг к другу при соединении. Рассоединение: кабели не полностью соприкасаются при сращивании или соединении. Полировка: концы кабелей недостаточно очищены от грязи. Для быстрой и простой проверки кабеля нужно использовать яркий электрический фонарь, направив его в один конец волокна и одновременно наблюдая за вторым концом. Если свет виден, то волокно может передавать свет. Хотя такая проверка не измеряет производительность волокна, она представляет собой быстрый и недорогой способ обнаружить поврежденное волокно. 6.6. Оптоволоконные кабели и медные кабели Использование оптоволоконных кабелей даёт множество преимуществ по сравнению с медными кабелями. Поскольку волокна, используемые в оптоволоконной среде передачи данных, не являются проводниками тока, данная среда не подвержена электромагнитным помехам и не проводит нежелательный электрический ток благодаря заземлению. 30 При внедрении оптоволоконных кабелей следует учесть следующие моменты. Больше затрат при прокладке на одинаковых расстояниях в отличие от медных кабелей (при этом они обеспечивают большую пропускную способность). Требуются специальные навыки и оборудование для оконцовки и сращения инфраструктуры кабеля. Требуют более осторожного обращения, нежели медные кабели. В настоящее время в большинстве корпоративных сред для создания кабельной магистрали и обеспечения высокоскоростных соединений «точкаточка» между устройствами, а также для связи в комплексе зданий предпочтительно использовать оптоволоконные кабели. Поскольку оптоволоконный кабель не проводит электричество и отличается малой потерей сигнала, он оптимально подходит для этих целей. 31