Rodzaje łączy i ich właściwości

SIECI KOMPUTEROWE
RODZAJE ŁĄCZY
Rodzaje łączy i ich właściwości
(opracowano na podstawie wykładów z PP)
Okablowanie jest jednym z najistotniejszych elementów sieci komputerowej. Musi
ono spełniać odpowiednie wymogi co do m.in. warunków transmisji, charakterystyki
elektrycznej i topologii.
W transmisji danych stosowane są dwa rodzaje mediów:
-
media przewodowe - przewody metalowe (miedziane) oraz światłowodowe,
-
media bezprzewodowe – dotyczą przesyłania sygnałów w powietrzu lub przestrzeni
kosmicznej, kategoria ta obejmuje transmisję w podczerwieni i mikrofale.
KABLE METALOWE przewodzące sygnały elektryczne dzieli się na symetryczne i
niesymetryczne.
Kable symetryczne składają się z dwóch przewodów, w których płynie prąd o takim
samym natężeniu, ale o przeciwnym kierunku. Eliminuje to szumy i zakłócenia zewnętrzne.
Przykład: skrętka.
Kable niesymetryczne - medium transmisyjne, w którym prąd płynie przez przewód
sygnałowy, a drugi przewód jest uziemieniem.
Przykład: kabel koncentryczny, w którym siatka ekranująca stanowi uziemienie.
Wybrane parametry kabli metalowych:
-
tłumienie - spadek amplitudy sygnału w medium transmisyjnym, związany m.in. z
impedancją kabla. Występowanie tłumienia stanowi główną przyczynę ograniczeń
dotyczących długości kabli używanych w sieciach komputerowych. Jeśli sygnał ulegnie
nadmiernemu osłabieniu to odbiornik może zinterpretować go błędnie,
Sygnał oryginalny
-
Sygnał odebrany
+v
-v
pojemności pasożytnicze - prowadzą do zniekształceń przesyłanego sygnału. Im dłuższy
kabel i im grubszy izolator tym pojemności pasożytnicze są większe,
1
SIECI KOMPUTEROWE
RODZAJE ŁĄCZY
-
impedancja i zniekształcenia opóźnieniowe - impedancja powoduje, że składniki
częstotliwościowe sygnału po dotarciu do odbiornika będą wzajemnie przesunięte.
Przesunięcia są tym większe im większa jest częstotliwość przesyłanego sygnału,
-
szum tła - źródła zewnętrzne (lampy jarzeniowe, kuchenki mikrofalowe, telefony,
komputery, itd.), inne linie transmisyjne lub sam nadajnik mogą wprowadzać szum, który
nakłada się na transmitowany sygnał. Nawet jeśli amplituda szumu jest niewielka w
porównaniu z amplitudą sygnału właściwego, to tłumienie może obniżyć amplitudę sygnału
do poziomu zbliżonego szumom.
W celu określenia wpływu szumu na transmisję wprowadza się współczynnik sygnałszum, którego wartość powinna być jak najwyższa.
W skrętce głównym źródłem szumu są przesłuchy, czyli zakłócenia spowodowane
przez sygnały z sąsiednich przewodów.
Oryginalny sygnał
Transmisja
Szum tła
Tłumienie
Rodzaje kabli metalowych (miedzianych)
-
Kabel prosty (ang. straight cable) - zbudowany z przewodów miedzianych otoczonych
izolacją. Kabli tego typu używa się do łączenia urządzeń peryferyjnych w transmisjach na
niewielkie odległości, z małymi prędkościami. Nie stosuje się w sieciach komputerowych.
-
Skrętka (ang. twisted pair cable) – zbudowana z przewodów izolowanych. Dwa
przewody są splecione i tworzą medium, którym mogą być przesyłane dane. Kabel jest
złożony z pojedynczej pary przewodów lub z większej liczby par.
Koszulka ochronna
Przewód miedziany
ekran (opcjonalny)
Skrętki
Izolator
Wiele par skręconych
przewodów
(skrętka wieloparowa)
Para skręconych przewodów (skrętka)
2
SIECI KOMPUTEROWE
RODZAJE ŁĄCZY
W sieci telefonicznej stosuje się skrętkę nieekranowaną (ang. Unshielded Twisted Pair UTP).
Skrętka ekranowana (ang. Shielded Twisted Pair) jest zabezpieczona przed
przesłuchami z zewnątrz. Przewody muszą być skręcone aż do samych punktów końcowych.
Specyfikacja skrętki zawarta jest w normie odnoszącej się do okablowania
budynków. Zdefiniowano tam następujące właściwości kabli:
kategoria 1: nieekranowana skrętka telefoniczna, odpowiednia do przesyłania głosu, nie
przystosowana do transmisji danych,
kategoria 2: nieekranowana skrętka, służąca do przesyłania danych z prędkościami do 4
Mbit/s; kable tej kategorii zbudowane są z dwóch par skręconych przewodów,
kategoria 3: kable tej kategorii pozwalają na transmisję z szybkością do 10 Mbit/s; kable
zbudowane są z czterech par skręconych przewodów, z jednym zwojem na 10 cm;
kategoria 4: kable z maksymalną szybkością transmisji określoną na 16 Mbit/s; kabel jest
zbudowany z czterech par przewodów,
kategoria 5: miedziana skrętka o rezystancji 100Ω, pozwalająca na przesyłanie danych z
szybkością 100 Mbit/s; cechy charakterystyczne: mała pojemność, niski poziom szumów.
Stosowane obecnie kable tej kategorii pozwalają na transmisję rzędu setek Mbit/s.
-
Kabel koncentryczny (ang. coaxial cable) - zbudowany jest z litego miedzianego
przewodu, otoczonego izolacją, przewodu ekranującego i zarazem uziemiającego oraz z
zewnętrznej koszulki ochronnej.
K oszulk a zew n ętrzna
E kran (opcjon alny)
Izolator
R dzeń m iedzian y
Kabel współosiowy
Kabel koncentryczny nadaje się do sieci szerokopasmowych i pracujących w paśmie
podstawowym. Został wyparty przez skrętkę, jednak za jego pomocą wciąż można
wykonywać połączenia dłuższe niż z wykorzystaniem skrętki.
3
SIECI KOMPUTEROWE
RODZAJE ŁĄCZY
-
Kable światłowodowe
Włókno kewlarowe do nadania wytrzymałości
Płaszcz zewnętrzny
Powłoka
Rdzeń szklany lub plastikowy
Światłowód nie posiada licznych wad, które występowały w kablach metalowych: pojemność
przewodu, tłumienie amplitudy sygnału, przesłuch. Jest odporny na zewnętrzne zakłócenia
elektromagnetyczne, wokół siebie nie wytwarza pola elektromagnetycznego co uniemożliwia
monitorowanie (podsłuchiwanie) transmisji z zewnątrz.
Włókna wielomodowe
o skokowej zmianie
współczynnika odbicia
Zrodło
Swiatło
Włókna wielomodowe
o stopniowej zmianie
współczynnika odbicia
Włókno jednorodne
Dyspersja światła w światłowodzie
Transmisja światłowodowa polega na przepuszczaniu przez włókno szklane światła.
Szkło jest bardzo czyste (okno o grubości 3 mm wykonane ze zwykłego szkła wprowadza
takie zniekształcenia obrazu jak okno ze szkła światłowodowego o grubości 4,5 km).
Optyczny rdzeń światłowodu wykonany jest z czystego dwutlenku krzemu. Nadajnikiem
może być dioda świecąca lub laser, odbiornikiem - fotodetektor.
Kluczowym elementem światłowodu jest szklana powłoka rdzenia, która odbija
światło do wewnątrz rdzenia. Światło przechodząc przez światłowód wielokrotnie odbija się
od powłoki rdzenia. Im większy kąt odbicia tym światło dłużej przechodzi między końcami
przewodu. Mimo, że opóźnienie wynosi miliardowe części sekundy (rzędu kilku,
kilkudziesięciu nanosekund na kilometr), to długość światłowodu musi zostać ograniczona.
Szybkość transmisji danych sięga Gbit/s.
Podstawowe rodzaje światłowodów:
4
SIECI KOMPUTEROWE
RODZAJE ŁĄCZY
-
plastikowy – tani, zasięg w metrach, nie wymaga drogiego oprzyrządowania,
-
powlekany plastikiem światłowód krzemiankowy – nieco lepszy od plastikowego,
-
włókno jednomodowe - prowadzi jedną wiązkę światła o jednej długości fali.
Światłowód tego typu jest używany do szczególnie długich połączeń, rdzeń ma małą średnicę
i zapewnia dużą przepustowość na długich dystansach. Źródłem światła jest laser.
Przewód najdroższy, najtrudniejszy w obsłudze, zapewnia jednak największe szybkości
transmisji i umożliwia realizację najdłuższych segmentów połączeń;
-
wielomodowy światłowód o skokowej zmianie współczynnika odbicia - prowadzi
wiele wiązek światła o różnych częstotliwościach, cechuje się znaczną średnicą rdzenia i
wysoką dyspersją (na ogół 15-30 nanosekund na kilometr).
Wykorzystywany jest głównie w LAN, nadajnikiem jest dioda LED;
-
wielomodowy o stopniowej zmianie współczynnika odbicia - wykonany jest z kilku
warstw szkła o dyspersji pozwalającej na pokonanie długich dystansów (na ogół 1
nanosekunda na kilometr).
POŁĄCZENIA BEZPRZEWODOWE
Bezprzewodowe połączenia w sieci lokalnej eliminują konieczność układania kabli, co
przydatne jest w sieciach utworzonych tymczasowo. Użytkownicy z komputerami przenośnymi mogą
poruszać się po obszarze objętym zasięgiem takiej sieci. Przykładowa konfiguracja bezprzewodowej
sieci lokalnej może wyglądać tak, jak to pokazano na rysunku.
Do sieci
Stacja nadawczo odbiorcza
podłązona do sieci
Bezprzewodowe stacje robocze
Bezprzewodowa transmisja danych może być realizowana przy użyciu jednej z trzech
metod:
5
SIECI KOMPUTEROWE
RODZAJE ŁĄCZY
-
transmisja w podczerwieni - udostępnia szerokie pasmo transmisyjne, pozwala na
przesyłanie sygnałów z bardzo dużą częstotliwością. Transmisja wykorzystująca promienie
podczerwone jest realizowana wzdłuż linii widoczności, dlatego zarówno nadajnik jak i
odbiornik muszą być skierowane do siebie lub też promienie muszą być wzajemnie
zogniskowane. Przy instalowaniu tego typu sieci należy uwzględnić strukturę i wzajemne
położenie pomieszczeń. Ponieważ transmisja jest realizowana przy użyciu promieni
podczerwonych, może być zakłócona silnym światłem pochodzącym z innych źródeł. Typowa
szybkość transmisji osiąga tutaj 10 Mbit/s.
-
transmisja radiowa wąskopasmowa - metoda podobna do metod stosowanych w
klasycznej radiofonii: zarówno nadajnik jak i odbiornik pracują w jednym wąskim paśmie
częstotliwości. Sygnał rozprzestrzenia się na znacznym obszarze i może przenikać przez
przeszkody - nie jest więc konieczne ogniskowanie sygnału. Wadą tej metody jest możliwość
występowania zakłóceń spowodowanych odbiciami sygnału. Dla uniknięcia zakłóceń
powodowanych przez inne urządzenia radionadawcze konieczne jest dokładne dostrojenie
nadajnika i odbiornika na wybraną częstotliwość. Szybkość transmisji jest tutaj rzędu
kilkunastu kbit/s.
-
transmisja radiowa szerokopasmowa - sygnał jest generowany w szerokim paśmie
częstotliwości. Chwilowy rozkład częstotliwości określany jest za pomocą kodu wspólnego
dla nadajnika i odbiornika. Moc sygnału emitowanego tą techniką jest niewielka. Szybkość
transmisji kształtuje się na poziomie 250 kbit/s.
-
transmisja mikrofalowa - transmisja tą metodą może się odbyć, gdy zapewniona jest
wzajemna widoczność nadawcy i odbiorcy, może to być np. połączenie satelity ze stacją
naziemną, łączność między dwoma budynkami, łączność na dużych otwartych obszarach,
gdzie położenie kabla nie jest opłacalne (pustynie, bagna, duże jeziora). System transmisyjny
wykorzystujący mikrofale składa się z dwóch anten kierunkowych, skierowanych na siebie,
wysyłających wiązkę fal elektromagnetycznych i ogniskujących odebraną wiązkę fal.
Maksymalna odległość między antenami nie powinna przekraczać 45 km. W przeciwieństwie
do klasycznej transmisji radiowej anteny mikrofalowe są skierowane na jeden punkt.
Stosowane częstotliwości transmisji zawierają się w przedziale 2 - 25 GHz, przy czym
wyższe częstotliwości wykorzystywane są prywatnie, na krótkich dystansach.
6