6. Проводные технологии передачи данных. Основные характеристики.

Проводные линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и ви­сящие в воздухе. По таким линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы, но при отсутствии других возможностей эти линии используются и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и по­мехозащищенность этих линий оставляют желать лучшего. Сегодня про­водные линии связи быстро вытесняются кабельными.

Кабельные линии имеют достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электро­магнитной, механической, а также, возможно, климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоеди­нение к нему различного оборудования. В компьютерных (и телекоммуника­ционных) сетях применяются три основных типа кабеля: кабели на основе скру­ченных пар медных проводов, коаксиальные кабели с медной жилой, а также волоконно-оптические кабели.

В зависимости от условий прокладки и эксплуатации кабели делятся на внут­ренние кабели (кабели зданий) и внешние кабели, которые, в свою очередь, под­разделяются на подземные, подводные и кабели воздушной проводки.

Скрученная пара проводов называется витой парой (twisted pair). Скручивание проводов снижает влияние внешних и взаимных помех на полезные сигналы, пере­даваемые по кабелю.

Кабели на основе витой пары называются симметричными кабелями из-за того, что они состоят из двух одинаковых в конструктивном отношении проводников. Симметричный кабель может быть как экранированным — на основе экраниро­ванной витой пары (Shielded Twisted Pair, STP), так и неэкранированным — на ос­нове неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP).

Симметричный кабель может состоять из нескольких витых пар. В настоящее время кабельные системы зданий чаще всего строятся на основе неэкранированной витой пары, при этом наиболее часто используется витая пара так называемой категории 5.

Коаксиальный кабель (coaxial) состоит из несимметричных пар проводников. Каждая пара представляет собой внутреннюю медную жилу и соосную с ней внешнюю жилу, которая может быть полой медной трубой или оплеткой, отде­ленной от внутренней жилы диэлектрической изоляцией. Внешняя жила играет двоякую роль — по ней передаются информационные сигналы, также она явля­ется экраном, защищающим внутреннюю жилу от внешних электромагнитных полей. Существует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся харак­теристиками и областями применения — для локальных компьютерных сетей, для глобальных телекоммуникационных сетей, для кабельного телевидения и т. п.

Волоконно-оптический кабель (optical fiber) состоит из тонких (5-60 микрон) гибких стеклянных волокон (волоконных световодов), по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля — он обеспе­чивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и к тому же лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех.

Каждый световод состоит из центрального проводника света (сердцевины) — стеклянного волокна, и стеклянной оболочки, обладающей меньшим показате­лем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. В зависи­мости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сер­дечника различают:

- многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления;

- многомодовое  волокно  с  плавным  изменением  показателя  преломления;

одномодовое волокно.

Понятие «мода» описывает режим распространения световых лучей во внутрен­нем сердечнике кабеля. В одномодовом кабеле {Single Mode Fiber, SMF) исполь­зуется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света — от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распрост­раняются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводни­ка. Изготовление сверхтонких качественных волокон для одномодового кабеля представляет сложный технологический процесс, что делает одномодовый ка­бель достаточно дорогим. Кроме того, в волокно такого маленького диаметра достаточно сложно направить пучок света, не потеряв при этом значительную часть его энергии.

В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber, MMF) используются более широкие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически.

В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника под разными углами. Угол отражения луча называется модой луча. В многомодовых кабелях с плавным изменением коэффициента преломления режим распространения ка­ждой моды имеет сложный характер. Интерференции лучей разных мод ухудша­ет качество передаваемого сигнала, что приводит к искажениям передаваемых импульсов в многомодовом оптическом волокне. Многомодовые кабели проще изготавливать, поэтому они дешевле одномодовых, но и их характеристики су­щественно хуже, чем одномодовых. В результате многомодовые кабели исполь­зуются в основном для передачи данных на небольшие расстояния (до 300-2000 м) на скоростях не более 1 Гбит/с, а одномодовые — для передачи данных со сверх­высокими скоростями в несколько десятков гигабит в секунду (а при использо­вании технологии DWDM — до нескольких терабит в секунду), на расстояниях от нескольких километров (локальные и городские сети) до нескольких десятков и даже сотен километров (дальняя связь).

Волоконно-оптические кабели обладают отличными характеристиками всех типов: электромагнитными, механическими. Однако у них есть один серьезный недостаток — сложность соединения волокон с разъемами и между собой при необходимости наращивания (увеличения длины) кабеля. Сама стоимость волоконно-оптических кабелей ненамного превышает стоимость кабелей на витой паре, однако проведение монтажных работ с оптоволокном об­ходится намного дороже из-за трудоемкости операций и высокой стоимости применяемого монтажного оборудования.