Частотное и временное разделение каналов

Коммутаторы должны обеспечивать использование соединяющих их каналов для одновременной передачи нескольких абонентских составных каналов. Для этого применяются разнообразные техники мультиплексирования абонентских каналов, среди которых частотное мультиплексирование (FDM, Frequency Division Multiplexing) и мультиплексирование с разделением времени (TDM, Time Division Multiplexing, или синхронный режим передачи – STM, Synchronous Transfer Mode).

Частотное мультиплексирование сводится к разделению диапазона частот на полосы, каждая из которых отведена для передачи данных одного абонентского канала. Коммутатор выполняет перенос частоты каждого канала в выделенную для него полосу (обычно путем модуляции высокочастотной несущей низкочастотным сигналом данных).

При мультиплексировании с разделением времени мультиплексор в каждый момент времени выдает в общий канал данные единственного абонентского канала, отдавая ему всю полосу пропускания, но чередуя абонентские каналы через равные промежутки времени. Мультиплексирование с разделением времени ориентировано на дискретный характер передаваемых данных и цифровые каналы.

Проводные линии связи и их характеристики

Кабели являются наиболее распространенной физической средой передачи информации в сетях. Используется несколько типов кабелей. Они отличаются толщиной, скоростью передачи данных, ценой и т.п. В различных ситуациях могут потребоваться различные типы кабелей. При выборе конкретного кабеля для данной сети следует учитывать требуемый тип кабеля и приложения, которые будут функционировать в создаваемой сети. Требования существующих приложений можно свести в пять классов:

- Класс А. Передача голоса и низкоскоростная передача в диапазоне частот до 100 кГц;

- Класс В. Передача данных в диапазоне до 1 МГц;

- Класс С. Передача данных с высокой скоростью – до 16 МГц;

- Класс D. Передача данных с сверхвысокой скорость – до 100 МГц;

- Оптический. Оптический кабель используется, как правило, для передачи данных с высокой и сверхвысокой скоростью; можно считать что ширина полосы практически неограниченна.

Анализ работы локальных сетей показывает, что большая доля возникающих сбоев и отказов приходится на кабельные системы. согласно данным, приводящимися многими специалистами, из–за повреждений кабелей происходит примерно 70% аварий в сетях. В этой связи вопросам прокладки кабеля, выбора типа кабеля, тестирования, управления кабельной системы и т.д. следует уделять (и уделяется) чрезвычайно большое внимание.

Витая пара

В настоящее время среди сетевых кабелей наиболее распространена витая пара, представляющая собой пару переплетенных проводов. При этом вряд ли вы получите работающую витую пару, взяв два любых провода и несколько раз перекрутив их между собой. Для обеспечения требуемой скорости передачи данных по витой паре, она должна удовлетворять стандартам на площадь поперечного сечения провода, на количество витков на единицу длины и на расстояние от последнего витка до разъема.

Существует две разновидности витой пары: экранированная (STP, Shielded Twisted Pair) и неэкранированная (UTP, Unshielded Twisted Pair). В основном используется более удобная при монтаже и дешевая неэкранированная витая пара. В 1991 году был разработан стандарт EIA/TIA-568 (“Стандарт телекоммуникационных кабельных систем для коммерческих зданий”) и близкий к нему международный стандарт ISO/IEC 11801, определяющие для кабелей UTP пять категорий (волновое сопротивление кабеля любой категории – 100 Ом):

- категория 1 (CAT 1) применяется для передачи голоса и низкоскоростной передачи данных (до нескольких десятков Кбит/с);

- категория 2 (CAT 2) использовалась в кабельных системах IBM и гарантировали полосу пропускания 1 МГц;

- категория 3 (CAT 3) применяется для передачи голоса и данных со скоростью до 16 Мбит/с (полоса пропускания 16 МГц);

- категория 4 (CAT 4) представляет собой улучшенный вариант CAT 3: повышена помехоустойчивость, уменьшено затухание сигнала, полоса пропускания расширена до 20 МГц;

- категория 5 (CAT 5) специально предназначена для высокоскоростной передачи данных (100 Мбит/с), обладает полосой пропускания 100 МГц.

Выпускаются кабели категорий, не входящих в стандарт: 6 и 7, обладающими полосами пропускания 200 МГц и 600 МГц. При прокладке новых кабельных систем обычно используют именно кабель CAT 5, даже в том случае, если переход к высокопроизводительным сетям пока не планируется.

Новая редакция стандарта EIA/TIA-568A не включает категории 1 и 2.

Кабели UTP выпускаются преимущественно в 4-х парном исполнении (рисунок 3.1), иногда встречаются 2-х парные кабели, обычно CAT 3, и многопарные кабели – 25 пар и более. Основные сетевые технологии – Ethernet и Token Ring – используют только две пары, но существуют и технологии (100VG-AnyLAN), передающие данные по всем все четырем парам. Пары помечены цветом изоляции: синий и бело-синий, оранжевый и бело-оранжевый, зеленый и бело-зеленый, коричневый и бело-коричневый.

Для соединения кабелей и оборудования используются 8-контактные разъемы RJ-45 (рисунок 3.2). Стандарт EIA/TIA-568A определяет два варианта раскладки проводников по контактам: T568A и T568B (табл. 4.1). В каждой локальной сети может использоваться любой вариант разводки, но не оба сразу.

Рис.3.1 – 4-парный кабель UTP

Рис. 3.2 – Разъем RJ-45

Таблица 4.1.

Витая пара используется для передачи данных на расстояния до нескольких сотен метров. Стандарт Ethernet ограничивает длину сегмента на неэкранированной витой паре до 100 м. (Некоторые фирмы, например 3COM, выпускают сетевое оборудование в этом стандарте, позволяющее увеличить длину сегмента почти до 200 м.)

Основной недостаток неэкранированной витой пары – сильная подверженность влиянию электромагнитных помех.

Экранированная витая пара (STP) хорошо защищает передаваемые сигналы от влияния внешних электромагнитных полей, но требует заземления экрана при проводке, что усложняет и удорожает кабельную систему. Кабель STP в основном используется фирмой IBM, которая фирменным стандартом определила девять его категорий – от Type 1 до Type 9. Кабель Type 1 состоит из двух пар и по параметрам близок к UTP CAT 5, за исключением волнового сопротивления – 150 Ом. Кабели STP преимущественно используются в сетях Token Ring, но могут применяться и в сетях Fast Ethernet и 100VG-AnyLAN.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель состоит из двух концентрических проводников, разделенных слоем диэлектрика. Внешний проводник при этом экранирует внутренний. Такой кабель меньше, чем витая пара, подвержен влиянию внешних электромагнитных помех. Коаксиальный кабель выпускается в нескольких вариантах, различающихся диаметром проводников. Наибольшее применение получил кабель с маркировкой RG-58 (толщина 4,95 мм, диаметр центрального проводника 0,81 мм, волновое сопротивление 50 Ом), так называемый "тонкий" коаксиальный кабель (рисунок 3.3). Иногда можно встретить "толстый" (или обычный) коаксиальный кабель с маркировкой RG-8 (толщина ½ дюйма, диаметр центрального проводника 2,17 мм, волновое сопротивление 50 Ом). Сети, использующие коаксиальный кабель, обычно достигают пропускной способности 10 Мбит/с, хотя возможности такого типа кабеля гораздо выше.

Для соединения коаксиальных кабелей используются N-разъемы (“толстый” коаксиал) и BNC-разъемы (“тонкий” коаксиал, рисунок 3.4).

Стандарт EIA/TIA-568 описывает требования к коаксиальному кабелю, но в новую редакцию EIA/TIA-568A он не вошел, как устаревший. Коаксиальный кабель, как и витая пара, используется для передачи данных на расстояния до нескольких сотен метров. Стандарт Ethernet ограничивает длину сегмента на "тонком" коаксиальном кабеле до 185м, а на "толстом" – до 500м.

Основное применение коаксиальный кабель нашел в сетях Ethernet. В настоящее время все высокопроизводительные сетевые технологии используют либо витую пару, либо волоконно-оптический кабель и полностью игнорируют коаксиальный кабель.

Рис. 3.3. – Коаксиальный кабель

Рис. 3.4. – BNC-разъем, T-коннектор и терминатор