Ethernet Media: все о кабелях. Часть 1: Термины, AUI, коаксиальные кабели
09.12.2004 | khomya

Часть 1 | Часть 2

Введение

Как-то мне был задан вопрос: “Могу ли я написать о кабелях, разъемах и т.п. пассивных компонентах, сопровождающих локальные вычислительные сети?” Ответ звучал примерно как “могу, но зачем, это же все знают”. Однако, со временем понял, что далеко не все, так же как и аббревиатура «IBM», как выяснилось, тоже не всем знакома. Взявшись за эту работу, я понял, что систематезировать такой материал не просто. Решил остановиться только на сетях Ethernet, т.к. мне казалось, что в этом случае я справлюсь с работой в приемлемые сроки. Но и в этом случае прошло более года, прежде чем удалось найти свой стиль изложения данного материала. А вот судить о том, на сколько это получилось, придется Вам.

Но даже если бы кто-нибудь и не “заказал” статью на эту тему, ее следовало бы написать хотя бы для того, что бы воздать должное КАБЕЛЮ, как виду оборудования, без которого такое понятие как ЛВС вообще бы не существовало. Надо сказать честно: только благодаря тому, что какому-то инженеру пришла в голову мысль соединить между собой два компьютера с помощью коаксиального кабеля, появилась целая индустрия сетевого оборудования и специализированного программного обеспечения. Индустрия, которая дала миллионы рабочих мест и стала одним из двигателей прогресса во второй половине XX века. А чем она стане в XXI веке?

Большинство рисунков, приведенные в данном документе, заимствованы из документа “Cabling Guide” фирмы Cabletron Systems.

1. Основные понятия

Любой кабель состоит из жил (strand) и изолятора (insulator) в различном сочетании и исполнении. Нередко в составе кабеля присутствует такой компонет как экран (shield). Но помимо этих, естественных для большинства технически грамотных людей понятиях существует еще огромное количество других, не менее важных:
Жила (Strand, Core) – металлический провод или стекло (в случае волоконной оптики), который собственно и является носителем передаваемых данных. Металлические провода отделяются друг от друга изолятором. Жилы в металлических кабелях могут состоять из или твердых длин сравнительно толстого провода (твердая сердцевина) или пучок значительно разбавители телеграфирует этому контакту друг другу для всего провода (посаженного на мель).
Изолятор (Insulator) – слой не проводящего материала, который защищает жилу кабеля от физических повреждений, а также от нежелательных контактов с другими жилами.
Экран (Shield) – слой металлической фольги или специальная плетеная оболочка, которая защищает жилу от влияния внешних электрических помех. Помимо этой основной своей функции, экран является прекрасной защитой жилы и изолятора от механических повреждений.
Маркировка (Gauge) – для того, чтобы кабели можно было сравнивать друк с другом, существует система стандартизации его маркировки. Наибольшее распространение приняла система American Wire Gauge (AWG). На практике из всей этой системы следует наизусть запомнить только следующее: чем большее число стоит за абревиатурой AWG, тем более тонкую жилу определяет этот номер. Например: у кабеля, часть маркировки которого представляет набор символов “AWG-24” более толстая жила, чем у кабеля, часть маркировки которого представляет набор символов “AWG-26”, а, следовательно, он обеспечивает меньшее сопротивление распространению электрического сигнала, позволяет прокладывать более протяженные линии.
Разъем (Connector) – приспособление, предназначенное для соединения сегментов кабеля друг с другом и для подключения к ним оборудования. Разъемы изготавливаются из металла или пластмассы, бывают цельные и разборные. Учитывая, что одним из основных источников искажений являются места соединений жил кабеля друг с другом, требования к качеству разъемов очень высоки.
Корпус разъема (Housing) – форма и конструкция разъема, которые определяют его возможности и характеристики. Если конструкция разъема разборная, его корпус называют рубашкой (Shell).
Контакт разъема (Pin) –
оформленная в виде специального контакта жила кабеля. Предназначен для физического сопряжения жил друг с другом.
Тип разъема (Gender) – тип разъема определяет вид применяемых в его конструкции контактов. По этому параметру разъемы делятся на “папы” (male), “мамы” (female) и разъемы смешенного типа (hermaphroditic или genderless). Наиболее типичный тип разъемов – “папы” и “мамы”.
Ключ (Key) – специальный элемент конструкции разъема, который определяет однозначность физического соединения. В качестве ключа может служить форма разъема и ли специальный конструкционный элемент.
Фиксаторы (Locking) – специальные конструкционные элементы, которые удерживают разъемы от случайного (несанкционированного) рассоединения.
Порт (Port) – по сути дела синоним “разъема” с тем лишь отличием, что это понятие используется когда необходимо перейти на уровень объяснения принципов функционирования кабельных систем как логических компонент информационных подсистем. Надо только давать себе отчет между физическим понятием этого определения (разъем) и логическим (канал). Существует большое число видов разъемов, применяемых для оркганизации нескольких независимых портов в одном физическом соединении с помощью разъема (самый типичный вариант – разъем Telco).
Jack (гнездо – как вид разъема) – на мой взгляд, в русском языке полный эквивалент понятия “порт”, но с большим оттенком на конкретный вариант применения.
Волновое сопротивление (Impedance) – электрическая характеристика кабеля, определяющая величину сопротивления передаваемому электрическому сигналу. Специфика применения кабелей в ЛВС запрещает использования кабелей с различным волновым сопротивлением.
Межпарные помехи (Crosstalk) – электрические помехи наводимые между жилами многожильного кабеля при передаче сигналов. Типичная характеристика UTP-кабелей. Величина межпарных помех очень зависит от качества монтажа кабельной подсистемы.
Шум (Noise) – наведенные на кабель помехи от внешних источников. Наиболее типичными источниками шумов являются электрические двигатели, трансформаторы, лампы дневного света.
Задержка (Delay) – в данном случае, задержка, вносимая кабелем на время распространения сигнала в сети. Вносимая кабельными подсистемами задержка довольно ощутима, т.к. измеряется в микросекундах. Одна микросекунда (ms) составляет 1/1,000,000 секунды.
Затухание (Attenuation) – следствие уменьшения мощности сигнала по мере его распространения. Измеряется в децибелах (dB). Для принятия решения о типе применяемого кабеля, во внимание принимают такие сопутствующие ему характеристики, как dB/m, dB/km и т.п. Выбирая по величине затухания кабель, желательно помнить о вносимых на соединительных разъемах дополнительных ослаблениях мощности сигнала.
EIA/TIA – спецификации, рекомендующие методы и правила проведения кабельных работ. Спецификация 568 – документ, определяющий правила создания кабельных подсистем ЛВС. Эта спецификация определяет многие параметры и условия, которые необходимо выдерживать при проведении монтажно-кабельных работ: минимальные расстояния между кабелем и источниками электрических помех, минимальную и максимальную длину кабельных сегментов, типы применяемых разъемов и т.п.

2. Ethernet Media

В этом разделе будут рассмотрены требования к физическим характеристикам, кабельным компонетам сетей Ethernet, Full-Duplex Ethernet и Fast Ethernet.

2.1. Типы используемых кабелей и сопутствующие им разъемы

2.1.1. Attachment Unit Interface (AUI)

AUI кабель – экранированный многопарный кабель, снабженный специальными разъемами типа DB15 (“папа” на одном конце и “мама” на другом). Он используется для подключения сетевых устройств Ethernet, имеющих порт DB15 “мама”, к трансиверам, снабженных портом DB15 “папа”. Ни для каких других целей этот кабель не пригоден.

AUI кабель представляет собой четыре свитые пары, каждая из которых окружена экраном и имеющие общий защитный экран. Двойная защита делает AUI кабель более устойчивым к внешним электрическим помехам по сравнению с другими типами кабелей, но приводит к повышенным линейным значениям затухания.

Рис.1. AUI кабель существует только в исполнении DB15-
Рис.1. AUI кабель существует только в исполнении DB15-»папа-мама»

Если вдруг Вам потребовалось соединить с помощью AUI кабеля не сетевую карту или порт концентратора с Ethernet трансивером, вряд ли Вы делаете то, что надо.

AUI Standard Cable
При изготовлении стандартного AUI кабеля используются провода сечения AWG20 или AWG22. Максимальная длина кабеля – 50 метров. Кабель толст, его диаметр около 1 см (0,42 inch) и, по причине наличия двойного экранирования, жесткий. На практике применяется только в тех случаях, когда этого требуют топологические условия.

AUI Office Cable
В ситуациях, когда приемо-передатчики находятся на небольшом расстоянии от трансиверов, применяется офисный AUI кабель. При изготовлении кабеля используются провода сечения AWG28. Максимальная длина кабеля – 16,5 метров. Он сзначительно тоньше стандартного кабеля, его диаметр около 0,7 см (0,26 inch), не имеет наружного экрана и по этой причине более гибкий.

Сопутствующие AUI кабелю соединители
AUI кабель всегда на своих концах заканчивается разъемами DB15 (“мама” со стороны трансивера и “папа” со стороны порта Ethernet). Использование любого другого типа разъема для кабеля AUI является нарушением спецификации IEEE 802.3.

Внешний вид разъемов DB15 и назначение его контактов приведен ниже.

Рис.2. Назначение контактов AUI кабеля

Номер контакта

Назначение

Номер контакта

Назначение

1

Logic Ref

9

Collision -

2

Collision +

10

Transmit -

3

Transmit +

11

Logic Ref

4

Logic Ref

12

Receive -

5

Receive +

13

Power (+12 Vdc)

6

Power Return

14

Logic Ref

7

No Connection

15

No Connection

8

Logic Ref

   

Рис.2. Назначение контактов AUI кабеля

2.1.2. Coaxial Cable

В течении примерно десяти лет с момента появления сетей Ethernet, это был единственный тип кабелей, который применялся для создания ЛВС. В настоящее время он используется только для создания низкоскоростных сетей с шинной магистралью и в некоторых специальных случаях. При этом возможно применение только двух типов коаксиальных кабелей, которые получили название “тонкого” и “толстого”. То, что в реальной жизни не редко применяют коаксиальные кабели, не описанные ниже (утверждая, что сеть и так работает), ни чуть не означает, что их можно применять. Просто проблемы, вызванные не правильным применением кабелей приходится решать совсем другим людям.

2.1.2.1. Thick Coaxial Cable.
Толстый коаксиальный кабель, известный еще как “толстый”, “желтый” Ethernet или кабель 10BASE-5, это кабель с одной центральной жилой и несколькими слоями изолятора и экрана (см. рисунок) и имеющий волновое сопротивление 50 Ом.

Рис.3. Структура толстого коаксиального кабеля
Рис.3. Структура «толстого» коаксиального кабеля

При использовании этого типа кабеля для организации магистрали ЛВС, приемо-передатчики подключаются к кабелю через определенные промежутки друг от друга (2,5 м или кратное этой цифре), а с помощью AUI-кабелей соединяют эти приемо-передатчики (трансиверы) с сетевыми устройствами.

По причине высокого качества экранирования, данный вид кабеля чрезвычайно устойчив к внешним электромагнитным излучениям (помехам). Из-за своих физических характеристик, связанных с диаметром (11 мм или 0,405 дюйма) и жесткостью, определяемой большим количеством защитных слоев кабеля толстый коаксиальный кабель наиболее приспособлен для создания магистрали коридорного типа, с последующим подключением к ней сетевых потребителей.

Правильно проложенный “толстый коаксиал” позволяет создать магистраль длиной 500м и обеспечить подключение 100 трансиверов.

Соединители, используемые при применении “Толстого” коаксиального кабеля
Если мы признесли слова “толстый”, “классический” или “желтый” Ethernet, это однозначно ведет за собой использование соответствующих типов соединительных элементов. Если же нет, то это является нарушением спецификации 802.3.

Разъемы “толстого” Ethernet-а это разъемы N-типа. Их внешний вид представлен на рисунках ниже. Полный спектр соединителей представляет собой разъемы типа “папа” и “мама” (служат для соединения отрезков кабеля между собой и являются составной частью всех прочих соединителей), терминаторы (устанавливаются на каждом конце кабельного сегмента) и трансиверы, обеспечивающие подключение рабочих станций к кабельному сегменту. Не буду утверждать, что все типы разъемов при этом одинаковы, но те, которые мне приходилось видеть, не припаивались к кабелю, а накручивались на его экран (примерно как в нашей местности производится прокладка телевизионных кабельных сетей фирмой Eurocable.

Рис.4. Соединители толстого коаксиального кабеляРис.4. Соединители
Рис.4. Соединители «толстого» коаксиального кабеля

Подключение трансивера к кабелю осуществляется с помощью неразрушающего метода, смысл которого заключается в том, что механическое подключение осуществляется посредством трех игл. Две иглы прокалывают кабель справа и слева от его жилы и обеспечивают контакт экрана присоединяемого трансивера с экраном кабеля. Центральная игла, имеющая защитную оболочку, исключающую контакт с экранирующей оболочкой, обеспечивает контакт между информационным проводом трансивера и жилой кабеля. Все же механическое обрамление трансивера призвано обеспечивать надежное “прокалывание” кабеля и сохранение контакта по завершению монтажа. Жаргонное название этого типа соединения – вампир. Соединение же трансивера с Ethernet-портом (как правило, сетевым адаптером рабочей станции) осуществляется посредством AUI кабеля.

Достоинством данного типа трансиверов является то, что они обеспечивают возможность подключения Ethernet-устройств без остановки ЛВС.

Рис.5. Трансиверы толстого Ethernet-аРис.5. Трансиверы толстого Ethernet-а
Рис.5. Трансиверы «толстого» Ethernet-a

Существуют трансиверы, подключаемые в разрыв кабельного сегмента. В этом случае оно представляет трансивер, собранный с “кабелепрокалывателем” в виде единого устройства, имеющего два разъема типа “мама” для подсоединения к кабельному сегменту. При проведении работ по подключению трансиверов подобной конструкции ЛВС приходится останавливать.

2.1.2.2. Thin Coaxial Cable

Тонкий коаксиальный кабель, также известный как “тонкий” Ethernet, кабель RG-58, BNC или кабель 10BASE-2, имеет то же самое волновое сопротивление (50 Ом ), но значительно более худшие защитные характеристики, чем у кабеля “толстого” Ethernet-а, связанные с его конструкцией: его сердцевину представляет многожильный проводник, он имеет один медный плетеный экран (иногда дополнительно экран – фольгу). Однако, сопутствующие этим недостаткам достоинства привели к тому, что он получил большее распространение: он тоньше (6 мм), более гибкий чем толстый коаксиальный кабель, с ним проще проводить монтажные работы, можно без каких-либо трудностей подвести непосредственно к рабочему месту.

Правильно проложенный “тонкий коаксиальный кабель позволяет создавать сегменты сетей общей протяженностью в 185 метров (606.7 футов) и установить до 30-ти Т-connector-ов, обеспечивающих подключение пользователей ЛВС к кабелю. Т-connector-ы должны устанавливаться не ближе чем 0,5 м друг от друга.

Соединители “тонкого” Ethernet-а
Для соединения сегментов кабеля в сетях, построенных по технологии 10BASE-2, применяются разъемы серии BNC. В их состав входят следующие виды соединителей: BNC-соединитель (BNC-connector), который устанавливается на конце каждого кабельного сегмента и собственно обеспечивающий подключение к кабелю, BNC T-соединитель, (T-connector), используемый для подключения активного сетевого оборудования, BNC-баррел соединитель (BNC barrel-connector или I-connector), используемый для соединения сегментов кабеля между собой, BNC-терминатор (BNC-terminator), устанавливаемый на каждом конце сегмента и служащий для “гашения” сигнала, достигшего конца кабеля. Терминатор представляет BNC-коннектор с установленным в его корпус резистором на 50 Ом .

Аббревиатура “BNC” означает British Naval Connector. На территории СНГ широко применяются для этих же целий отечественные разъемы серии СР, но они требуют пайки при монтаже и поэтому не так удобны, хотя и обеспечивают (на мой взгляд) лучшее качество соединения.

I-коннекторы используются для соединения кабельных сегментов друг с другом, но они не так распространены и известны, как Т-коннекторы, которые позволяют их использовать для двух целей: как соединению кабельных сегментов друг с другом, так и для подсоединения сетевых устройств к кабелю.

Рис.6. Структура кабеля и соединители Рис.6. Структура кабеля и соединители тонкого Ethernet-a
Рис.6. Структура кабеля и соединители «тонкого» Ethernet-a

Часть 1 | Часть 2

Автор: Карпов Геннадий

Просмотров новости: 7 347  <, , >


-->