Линии связи

Для построения компьютерных сетей применяются линии связи, использующие различную физическую среду. В качестве физической среды в коммуникациях используются: металлы (в основном медь), сверхпрозрачное стекло (кварц) или пластик и эфир. Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель "витая пара", коаксиальные кабель, волоконно-оптический кабель и окружающее пространство.

Линии связи или линии передачи данных - это промежуточная аппаратура и физическая среда, по которой передаются информационные сигналы (данные).

В одной линии связи можно образовать несколько каналов связи (виртуальных или логических каналов), например путем частотного или временного разделения каналов. Канал связи - это средство односторонней передачи данных. Если линия связи монопольно используется каналом связи, то в этом случае линию связи называют каналом связи.

Канал передачи данных - это средства двухстороннего обмена данными, которые включают в себя линии связи и аппаратуру передачи (приема) данных. Каналы передачи данных связывают между собой источники информации и приемники информации.

В зависимости от физической среды передачи данных линии связи можно разделить на:

• проводные линии связи без изолирующих и экранирующих оплеток;
• кабельные, где для передачи сигналов используются такие линии связи как кабели "витая пара", коаксиальные кабели или оптоволоконные кабели;
• беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи), использующие для передачи сигналов электромагнитные волны, которые распространяются по эфиру.

Кабельные линии связи

Кабельные линии связи имеют довольно сложную структуру. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции. В компьютерных сетях используются три типа кабелей.

Витая пара (twisted pair) (Рис. 1)— кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в экранированную оболочку. Пары проводов скручиваются между собой с целью уменьшения наводок. Витая пара является достаточно помехоустойчивой. Существует два типа этого кабеля: неэкранированная витая пара  UTP и экранированная витая пара STP.

Характерным для этого кабеля является простота монтажа. Данный кабель является самым дешевым и распространенным видом связи, который нашел широкое применение в самых распространенных локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “звезда”. Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи соединителя RJ45.

Кабель используется для передачи данных на скорости 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Витая пара обычно используется для связи на расстояние не более нескольких сот метров.  К недостаткам кабеля "витая пара" можно отнести возможность простого несанкционированного подключения к сети.

Рис. 1 Витая пара

Коаксиальный кабель (coaxial cable) (Рис. 2)- это кабель с центральным медным проводом, который окружен слоем изолирующего материала для того, чтобы отделить центральный проводник от внешнего проводящего экрана (медной оплетки или слой алюминиевой фольги). Внешний проводящий экран кабеля покрывается изоляцией. 

Существует два типа коаксиального кабеля: тонкий коаксиальный кабель диаметром 5 мм и толстый коаксиальный кабель диаметром 10 мм. У толстого коаксиального кабеля затухание меньше, чем у тонкого. Стоимость коаксиального кабеля выше стоимости витой пары и выполнение монтажа сети сложнее, чем витой парой.

Коаксиальный кабель применяется, например, в локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “общая шина”.

Коаксиальный кабель более помехозащищенный, чем витая пара и снижает собственное излучение. Пропускная способность – 50-100 Мбит/с. Допустимая длина линии связи – несколько километров. Несанкционированное подключение к сложнее, чем к витой паре. 

Рис. 2 Коаксиальный кабель

Кабельные оптоволоконные каналы связи. Оптоволоконный кабель (fiber optic)(Рис. 3) – это оптическое волокно на кремниевой или пластмассовой основе, заключенное в материал с низким коэффициентом преломления света, который закрыт внешней оболочкой.

Оптическое волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон. На передающем конце оптоволоконного кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование. 

Основное преимущество этого типа кабеля – чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно.  Скорость передачи данных 3Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля –  это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям.

Рис. 3 Оптическое волокно

 Коннекторы оптического кабеля

ST-коннектор

Коннекторы различаются не только применяемыми наконечниками, но и типом фиксации конструкции в розетке. Самым распространенным представителем в локальных оптических сетях является ST-тип коннектора (Рис. 4) (от англ. Straight Tip). Керамический наконечник имеет цилиндрическую форму диаметром 2.5 мм со скругленным торцом. Фиксация производится за счет поворота оправы вокруг оси коннектора, при этом вращения основы коннектора отсутствуют (теоретически) за счет паза в разъеме розетки. Направляющие оправы сцепляясь с упорами ST-розетки при вращении вдавливают конструкцию в гнездо. Пружинный элемент обеспечивает необходимое прижатие.

Рис. 4 ST-коннектор

Слабым местом ST-технологии является вращательное движение оправы при подключении/отключении коннектора. Оно требует большого жизненного пространства для одного линка, что важно в многопортовых кабельных системах. Более того, вращения наконечника отсутствуют только теоретически. Даже минимальные изменения положения последнего влекут рост потерь в оптических соединениях. Наконечник выступает из основы конструкции на 5-7 мм, что ведет к его загрязнению.

SC-коннектор

Слабые стороны ST-коннекторов в настоящее время решают за счет применения SC-технологии (Рис. 5) (от англ. Subscriber Connector). Сечение корпуса имеет прямоугольную форму. Подключение/отключение коннектора осуществляется поступательным движением по направляющим и фиксируется защелками. Керамический наконечник также имеет цилиндрическую форму диаметром 2.5 мм со скругленным торцом (некоторые модели имеют скос поверхности). Наконечник почти полностью покрывается корпусом и потому менее подвержен загрязнению нежели в ST-конструкции. Отсутствие вращательных движений обуславливает более осторожное прижатие наконечников.

Рис. 5 SC-коннектор

В некторых случаях SC-коннекторы применяются в дуплексном варианте. На конструкции могут быть предусмотрены фиксаторы для спаривания коннекторов, или применяться специальные скобы для группировки корпусов. Коннекторы с одномодовым волокном обычно имеют голубой цвет, а с многомодовым серый.

LC-коннектор

Коннекторы типа LC (Рис. 6) – это малогаббаритный вариант SC-коннекторов . Он также имеет прямоугольное сечение корпуса. Конструкция исполняется на пластмассовой основе и снабжена защелкой, подобной защелке, применяющейся в модульных коннекторах медных кабельных систем. Вследствие этого и подключение коннектора производится схожим образом. Наконечник изготавливается из керамики и имеет диаметр 1.25 мм.

Рис. 6 ST-коннектор

Коннектор витой пары

Для организации групповой работы и совместного доступа к ресурсам на предприятиях, а в последнее время и дома, организуют локальные сети. Популярной технологией создания кабельных локальных сетей является Ethernet. Интерфейс Ethernet обеспечивает пиковую пропускную способность в локальной сети 10, 100 или 1000 Мбит/с, в зависимости от модели оборудования и применяемых протоколов. 

Во всех случаях сетевой интерфейс Ethernet оснащается портом RJ45 (Рис. 7) для подключения кабеля на основе витой пары. Сейчас это наиболее распространенный вариант физической разводки проводных локальных сетей. Встроенные в чипсет или материнскую плату контроллеры интерфейса Ethernet обязательно оснащены розетками RJ45. Как правило, типичный компьютер имеет одну розетку, а серверные варианты — несколько.

Рис. 7 RJ45

Разрешается подключать и отключать сетевой кабель с разъемом RJ45 «на горячую», не обесточивая компьютер. 

Обжимка витой пары

1. Прямой порядок обжима витой пары, ведущей от рабочей станции к концентратору. (Рис. 8)

Рис. 8 Прямой порядок

2. Кросс-линковый (перекрестный, кроссоверный) порядок обжима витой пары. (Рис. 9)

Применяется в случае, когда требуется соединить между собой 2 концентратора, не имеющих переключения uplink/normal, а также для прямого соединения 2-х компьютеров.

Рис. 9 Перекрестный порядок

В современных системах нет разницы между прямым порядком и кроссовером.

Разводка кабеля для соединения двух устройств

                                                                   

Разводка кабеля для соединения сетевых карт двух компьютеров напрямую отличается только тем, что на одном из концов кабеля зеленая и оранжевая пары меняются местами. Проще говоря мы получаем кабель у которого один коннектор обжат по варианту 586A (Рис. 11),а второй по варианту 586B (Рис. 11).

Рис. 10 586A

Рис. 101586В 

Установка сетевого оборудования

Подключение коммутатора

Установка и подключение коммутатора не вызывает абсолютно никаких трудностей. Главное – найти место, где он будет расположен, и хорошо его закрепить, особенно если устройство крепится на стену. Если используется монтажный шкаф, то устройство просто фиксируется винтами в стойках.

Когда блок питания устройства подключен к сети переменного напряжения, оно готово к работе (Рис. 11). Концентратор способен сразу же начать работу без предварительной настройки. При использовании коммутатора может потребоваться предварительно настроить его. Как минимум, желательно установить ему статичный IP-адрес, чтобы можно было в дальнейшем удаленно управлять устройством.

Для настройки коммутатора потребуется наличие прямого подключения. Именно поэтому чаще всего коммутатор настраивается прежде, чем он устанавливается в монтажный шкаф или вешается на стену. Хотя для этих целей также можно использовать переносной компьютер.

Коммутатор программируется с использованием идущего в комплекте СОМ-шнура и соответствующего программного обеспечения. При отсутствии такового можно подключиться к коммутатору с помощью подготовленного кабеля. Более детально параметры программирования должны быть описаны в документации к коммутатору.

Рис. 11 Установка коммутатора

Подключение точки доступа

Подключение точки доступа не вызывает никаких трудностей: достаточно подключить блок питания, вкрутить антенну – и она уже начинает работать. При этом точку доступа можно расположить в любом месте, наилучшим образом подходящем для организации надежной и быстрой связи с компьютерами сети  (Рис. 12).

Рис. 12 Точка доступа

Подключение маршрутизатора

Принцип подсоединения маршрутизатора очень прост. Как правило, данное устройство имеет несколько портов, к которым подключают точки доступа, концентраторы или коммутаторы, отвечающие за работу отдельных веток сети или групп компьютеров (Рис. 13).

Как и коммутатор, и точка доступа, маршрутизатор также поддается программированию. Мало того, это обязательно следует сделать, если нужно иметь полный контроль над сетью.

Программирование маршрутизатора – достаточно сложный процесс, что зависит от требований, предъявляемых к маршрутизатору. Как минимум требуется изменить IP-адрес устройства, добавить МАС-адреса и IP-адреса всех коммутаторов и точек доступа, чтобы можно было организовать эффективное взаимодействие между ними.

Рис. 13 Маршрутизатор

Установка сетевого адаптера в компьютер

Для установки сетевого адаптера в компьютер нужно снять с системного блока прикрывающую его образную крышку , открутив сзади корпуса несколько винтов.

Вставьте сетевую карту в PCI слот (Рис. 14).

Рис. 14 Установка сетевой карты

Примеры сетевых решений

Пример сети на оптоволоконном кабеле

Основной топологией этой кабельной системы является "звезда" с максимальной функциональностью в центре - главном распределительном пункте - MDC (main distribution centre). MDC подключен через оптоволоконную магистраль или к промежуточным распределительным центрам - ЮС (intermediate distribution centres), если магистраль связывает несколько зданий, или к телекоммуникационным пунктам - ТС (telecommunications closets). Типовое расстояние от пользователей до TC составляет 100 м как для медного, так и для оптического кабеля.

Пример сети на витой паре