Среда передачи данных по компьютерным сетям

1.3 Среда передачи данных

Cреда передачи— физическая субстанция, по которой происходит передача электрических, электромеханических, оптических, радиосигналов, использующихся для переноса той или иной информации. Среда передачи может быть естественной или искусственной.

Выделяют следующие среды передачи:

воздушная;
проводная.

В качестве среды передачи сигналов между рабочими станциями зачастую используется проводная среда. Наиболее распространенные:

коаксиальный кабель;
оптоволоконный кабель;
витая пара.

Коаксиальный кабель(Рис. 4)(коаксиальная пара) — электрический кабель, состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана и служащий для передачи высокочастотных сигналов. Рис. 4 –Структура коаксиального кабеля. 1 — внутренний проводник (медная проволока), 2 — изоляция (сплошной полиэтилен), 3 — внешний проводник (оплётка из меди), 4 — оболочка (светостабилизированный полиэтилен). Электрические сигналы передаются по центральной жиле, которая изоляцией отделяется от металлической оплетки и защищает сигналы от внешних электромагнитных шумов и внешних электрических наводок. Данный тип кабеля практически не используется. Витая пара(Рис. 5) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. Рис. 5 –Витая пара. Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом. Витая пара — один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве физической среды передачи сигнала во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для построения проводных (кабельных) локальных сетей. В зависимости от наличия защиты определяют разновидности витой пары:

неэкранированная витая пара (англ. UTP — Unshielded twisted pair) — без защитного экрана;
фольгированная витая пара (англ. FTP — Foiled twisted pair), также известна как F/UTP) — присутствует один общий внешний экран в виде фольги;
экранированная витая пара (англ. STP — Shielded twisted pair) — присутствует защита в виде экрана для каждой пары и общий внешний экран в виде сетки;[источник не указан 305 дней]
фольгированная экранированная витая пара (англ. S/FTP — Screened Foiled twisted pair) — внешний экран из медной оплетки и каждая пара в фольгированной оплетке.

Общая длина сигмента для передачи данных составляет не более 100м. Существует несколько категорий кабеля витая пара, которые нумеруются от CAT1 до CAT7 и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины.

CAT1 (полоса частот 0,1 МГц) — телефонный кабель, всего одна пара (в России применяется кабель и вообще без скруток — «лапша» — у нее характеристики не хуже, но больше влияние помех). В США использовался ранее, только в «скрученном» виде. Используется только для передачи голоса или данных при помощи модема.
CAT2 (полоса частот 1 МГц) — старый тип кабеля, 2 пары проводников, поддерживал передачу данных на скоростях до 4 Мбит/с, использовался в сетях Token ring и Arcnet. Сейчас иногда встречается в телефонных сетях.
CAT3 (полоса частот 16 МГц) — 4-парный кабель, используется при построении телефонных и локальных сетей 10BASE-T и token ring, поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с или 100 Мбит/с по технологии 100BASE-T4 на расстоянии не дальше 100 метров. В отличие от предыдущих двух, отвечает требованиям стандарта IEEE 802.3.
CAT4 (полоса частот 20 МГц) — кабель состоит из 4 скрученных пар, использовался в сетях token ring, 10BASE-T, 100BASE-T4, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с по одной паре, сейчас не используется.
CAT5 (полоса частот 100 МГц) — 4-парный кабель, использовался при построении локальных сетей 100BASE-TX и для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар.
CAT5e (полоса частот 125 МГц) — 4-парный кабель, усовершенствованная категория 5. Скорость передач данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4 пар. Кабель категории 5e является самым распространённым и используется для построения компьютерных сетей. Иногда встречается двухпарный кабель категории 5e. Кабель обеспечивает скорость передач данных до 100 Мбит/с. Преимущества данного кабеля в более низкой себестоимости и меньшей толщине.
CAT6 (полоса частот 250 МГц) — применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 1000 Мбит/с и до 10 гигабит на расстояние до 50 м. Добавлен в стандарт в июне 2002 года.
CAT6a (полоса частот 500 МГц) — применяется в сетях Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с и планируется использовать его для приложений, работающих на скорости до 40 Гбит/с. Добавлен в стандарт в феврале 2008 года.
CAT7 — спецификация на данный тип кабеля утверждена только международным стандартом ISO 11801, скорость передачи данных до 10 Гбит/с, частота пропускаемого сигнала до 600—700 МГц. Кабель этой категории имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары. Седьмая категория, строго говоря, не UTP, а S/FTP (Screened Fully Shielded Twisted Pair).

Оптоволоконный кабель (Рис. 6) Рис. 6 –Оптоволоконный кабель. В оптоволоконном кабеле цифровые данные передаются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов, а не электрических сигналов. Передача не подвержена электрическим помехам и ведется на высоких скоростях (от 100 Мбит/с до 10 Гбит/с). Различают два вида кабеля:

многомодовый - центральная жила (диаметром 50 или 62.5 мкмм) состоит из множества оптических мод, имеет ограничение по длине передачи данных:

при 100 Мбит/с – длина кабеля не более 2 км;
при 1Гбит/с — длина кабеля не более 550 м;

одномодовый — центральная жила состоит из одной моды. Ограничения по длине практически отсутствуют. Длина сегмента может быть 5-80 км в зависимости от оптического передатчика на концах. Скорость передачи от 10 Гбит/с и более. Центральная жила имеет диметр 9 мкмм. Передача данных осуществляется как по одной жиле, используя разную длину волны, так и по двум. Кабель может включать в себя от 2 до 64 жил. Оптический кабель может быть как для внешнего, так и для внутреннего исполнения. Кабель для внешнего исполнения защищен относительно от внутреннего.

Источник