10.2.1. Пассивное оборудование
Пассивное оборудование в основном определяется средой передачи данных в локальных сетях. В качестве среды передачи различают медь (Copper) и оптоволокно (Fiber). Слово Fiber (волокно) иногда заменяют транслитерацией «фибра», однако это не очень удачно — не так давно из фибры (волокнистого материала) делали чемоданы и другие изделия. Медный кабель издавна используется в качестве среды передачи сигналов в различных диапазонах частот. Основными электрическими параметрами медного кабеля является волновое сопротивление (импеданс), полоса пропускания (максимальная частота сигнала, на которой затухание сигнала еще приемлемо), удельное затухание сигнала. Немаловажными характеристиками являются и чувствительность к электромагнитным помехам, а также собственное излучение сигнала. В средствах коммуникаций применяют несколько видов медного кабеля.
Коаксиальный кабель (Coaxial) представляет собой центральную сигнальную жилу, окруженную изоляцией и одним или несколькими слоями экрана. Отрезки кабеля соединяются коаксиальными разъемами. Коаксиальный кабель в коммуникациях чаще всего применяется как разделяемая среда передачи — к одному сегменту (совокупности электрически непосредственно соединенных отрезков) непосредственно подключается множество абонентов. Такой способ соединения называется шинным (Bus) и используется, например, в сетях Ethernet. На коаксиальном кабеле строят сети и со звездообразной топологией (Star), в которой каждый сегмент соединяет только два устройства. Этот вариант используется, например, в сетях ARCnet. Для нормального прохождения сигнала волновое сопротивление кабеля и разъемов должно совпадать и быть согласованным с импедансом всех соединяемых им устройств. В локальных сетях применяют кабели с волновым сопротивлением 50 0м (RG-II, RG-58) и 93 0м (RG-62); кабели с волновым сопротивлением 75 0м, применяемые в телевизионной технике, в сетях Ethernet применять нельзя. Максимально допустимая длина сегмента зависит от применяемой сетевой технологии и используемой аппаратуры. Главный недостаток коаксиального кабеля — ограниченная пропускная способность, которая для коммуникационных систем не превышает 10 Мбит/с. В настоящее время коаксиальный кабель в международных стандартах не рекомендуется для использования во вновь создаваемых сетях; из некоторых стандартов на кабельные системы он уже изъят.
Витая пара (Twisted Pair) представляет собой пару скрученных проводников, образующих одну сигнальную линию. Благодаря скрутке уменьшается паразитная емкость кабеля, его внешнее излучение и чувствительность к электромагнитным помехам. Скрученные пары могут быть как неэкранированными — UTP (Unshielded Twisted Pair), так и экранированными — STP (Shielded Twisted Pair). Экран пар может быть выполнен как в виде металлической оплетки, так и ленты из фольги. В экран может быть заключен и весь кабель, содержащий две, четыре или более пар. По частотным свойствам, определяемым шагом скрутки, различают несколько категорий витой пары, из которых наибольший практический интерес в настоящий момент представляют две. Кабель 3-й категории (Category 3) может использоваться для передачи данных с полосой частот до 10 МГц, 5-й категории (Category 5) — до 100 МГц. Недавно появился кабель 6-й категории с полосой до 200 МГц и 7-й — с полосой до 600 МГц. Здесь отметим, что значение скорости передачи данных, измеряемого в Мбит/с, не совпадает с требуемой полосой частот, измеряемой в МГц (аналогично bps и baud). Например, технология АТМ со скоростью 155 Мбит/с успешно работает на кабеле категории 5 (100 МГц), a IOOVG AnyLan при скорости 100 Мбит/с — на кабеле категории 3 (10 МГц). Кроме общепринятых обозначений кабелей по категориям, существует и классификация кабелей по типам (Type), введенная фирмой IBM. Понятия тип (Type) и категория (Category) иногда путают, но в названиях кабелей по классификации IBM обычно присутствует имя этой фирмы.
Как и всякий высокочастотный кабель, витая пара имеет нормированное волновое сопротивление (импеданс), которое должно быть согласовано с оконечным активным оборудованием. Обратим внимание на то, что импеданс неэкранированной витой пары 5-й категории составляет 100 0м, в то время как у экранированной витой пары той же категории импеданс 150 0м. Существуют и модификации экранированной витой пары с импедансом 100 0м, но они пока не очень широко распространены. Оконечное оборудование выпускается в модификациях как для экранированной (STP), так и неэкранированной (UTP) витой пары. С кабелем STP используются экранированные разъемы, но существеннее то, что импеданс активного оборудования для STP (150 0м) заметно отличается от импеданса широко распространенного оборудования для UTP. Для согласования импедансов кабеля и оборудования в случае их несовпадения используются согласующие трансформаторы (Balun). И сам кабель STP, и аппаратура для него несколько дороже аналогичной продукции для UTP. Независимо от типа кабеля, максимальная длина сегмента витой пары не должна превышать 100 метров. Вопрос выбора оптимального типа кабеля выходит за рамки данной книги.
Стационарная разводка от настенных розеток до коммуникационного центра (хаба) обычно выполняется жестким одножильным («Solid») кабелем. Для монтажа небольшой стационарной проводки не обязательно применение специального инструмента (Impact Tool): провода вставляются в ножевые контакты розеток и прижимаются колпачками из комплекта розеток.
Кабели подключения активного оборудования (Patch cords) выполняются гибким многожильным («Flex» или «Stranded») кабелем, на их концах устанавливаются модульные 8-позиционные вилки, в просторечии называемые RJ-45. Применение в этом месте жесткого одножильного кабеля нежелательно.
Для витой пары широко применяют модульные разъемы (Modular Jack) типа RJ-45: розетки (Outlet) и вилки (Plug). Вилки RJ-45 для одножильного и многожильного кабеля различаются формой контактов (10.3). Игольчатые контакты (см. рис. 10.3, а) используются для многожильного кабеля, иголки втыкаются между жилами проводов, обеспечивая надежное соединение. Для одножильного кабеля используются контакты, «обнимающие» жилу с двух сторон (см. рис. 10.3, 6). Применение типов разъемов, не соответствующих кабелю, чревато недолговечностью соединения. Вилки RJ-45 для категории 5 могут отличаться наличием отдельного сепаратора для проводов, надеваемого на них до сборки и обжима разъема, что позволяет сократить длину расплетенной части кабеля до 0,5 см (хотя допустимо расплетение кабеля на длину до 1 см). Однако фирма АМР, например, вилки 5-й категории выпускает без отдельных сепараторов (вилки категории 3 эта фирма и не производит). Для установки вилок существует специальный инструмент (Crimping Tool), без которого качественная оконцовка кабеля затруднительна.
Розетки категории 5 (на них должно быть соответствующее обозначение) отличаются от розеток 3-й категории способом присоединения проводов: в категории 5 допустим только зажим провода ножевым разъемом, в категории 3 применяют и зажим провода под винт. Кроме того, на плате розетки категории 5 имеются согласующие реактивные элементы с нормированными параметрами, выполненные печатным способом. Без этих элементов на скорости 100 Мбит/с возможны проблемы со связью. При разделке концов кабеля не допускается расплетение витой пары больше чем на сантиметр (точнее, 0,5 дюйма), необходимое для раскладки проводов.
Рис. 10.3. Контакты вилок Rj-45: а — для многожильного кабеля, б — для одножильного
Оптоволоконный кабель (Fiber Optic Cable) содержит одну или несколько ниток оптоволокна, каждая из которых заключена в несколько оболочек, обеспечивающих механическую прочность кабеля. Луч света распространяется по кабелю, отражаясь от стенок центрального волокна (Core). Существуют многомодовые (Multi mode) и одномодовые (Single Mode) кабели, различающиеся траекториями прохождения световых лучей. В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего все лучи одного импульса передатчика достигнут приемника практически одновременно, и форма импульса почти не исказится. В многомодовом кабеле траектории лучей имеют существенно больший разброс, в результате чего импульс, проходя через длинный кабель, «размажется». Вполне очевидно, что одномодовый кабель будет иметь существенно более высокую пропускную способность (она пока что ограничивается возможностями излучателей и приемников) и допускает большие длины сегментов, чем многомодовый. Многомодовый кабель значительно дешевле, чем и объясняется их сосуществование. Кроме высокой пропускной способности, исчисляемой гигабитами в секунду, и большой допустимой длины сегментов (участков кабеля без промежуточного активного оборудования), исчисляемой километрами, оптоволокно обеспечивает гальваническую развязку соединяемых узлов с любым необходимым напряжением изоляции, нечувствительно к электромагнитным помехам и само не является источником помех, обеспечивает высокую защищенность информации от несанкционированного прослушивания. Однако оно более чувствительно, чем медь, к таким воздействиям внешней среды, как перепады температур (от которых волокно может трескаться), и высокий уровень радиации, от которого волокно может мутнеть, в результате чего возрастет затухание сигнала в кабеле. По этой причине для специальных условий эксплуатации требуется адекватный выбор типа кабеля. С медным кабелем аналогичные проблемы возникают реже, поскольку в телекоммуникациях его обычно используют внутри помещений, где условия более мягкие. За высокие параметры оптоволокна приходится платить пока что довольно высокую цену, поскольку дорого все — и кабель, и активное оборудование, и разъемы, и инструмент, и работы по оконцовке кабеля. В отличие от оконцовки медного кабеля, где установка разъема может занимать меньше минуты, после разделки оптоволоконного кабеля требуется еще и полировка среза на конце соединительного разъема. Качество полировки контролируют с помощью микроскопа, а при неудачном срезе (сколе) вполне вероятна необходимость повторного проведения всей операции с самого начала. Есть соединители, не требующие полировки, — в них скол волокна погружается в гель, коэффициент преломления которого точно совпадает с тем же параметром волокна. Сварка оптоволокна, применяемая для сращивания отрезков кабеля, требует кроме высокой квалификации специалиста еще и применения дорогостоящего оборудования. Монтаж (оконцовка) медного кабеля гораздо проще и дешевле.
Современный подход к созданию коммуникационной инфраструктуры зданий, насыщенных компьютерной техникой, основан на концепции структурированных кабельных систем СКС (SCS — Structured Cabling System). Согласно этой концепции, от каждой потенциальной точки подключения рабочего места (Workarea), оборудованной универсальной розеткой (Outlet), прокладываются кабели (витая пара или оптоволокно) к коммуникационным центрам (Telecommunication Closet). Эти центры стараются располагать на каждом этаже здания, в связи с чем данные кабели называют горизонтальными (Horisontal Cabling), хотя фактически они могут иметь и вертикальные участки (и даже межэтажные переходы). Горизонтальные кабели не должны по длине превышать 90 м, остальные 10 м оставляются для кабелей (Patch cords), используемых для подключения компьютеров и коммуникационного оборудования, а также кроссировки в коммуникационных центрах. Коммуникационные центры связываются между собой высокопроизводительными линиями (Backbone cables). Коммуникации выполняются по принципу открытой кабельной системы, что предполагает возможность выбора той или иной сетевой технологии и, при необходимости, ее смены без дорогостоящей «кабельной революции». В структурированную кабельную систему входят и кабели, используемые для телефонии, пожарной и охранной сигнализации, телевизионного вещания и прочие. За рубежом действует несколько стандартов на построение телекоммуникационных кабельных систем (ТIА/ЕIА-568, ISO11801). Отсутствие подобных стандартов или официального признания международных стандартов в нашей стране осложняет официальную техническую сертификацию кабельных систем, но хочется верить, что в скором времени эта ситуация изменится в лучшую сторону.
