Локальная сеть Ethernet в жилом микрорайоне

прием и декодирование данных в узле-приемнике.

Интерфейс MII поддерживает независимый от используемой физической

среды способ обмена данными между MAC-подуровнем и подуровнем PHY. Этот

интерфейс аналогичен по назначению интерфейсу AUI классического Ethernet'а

за исключением того, что интерфейс AUI располагался между подуровнем

физического кодирования сигнала (для любых вариантов кабеля использовался

одинаковый метод физического кодирования - манчестерский код) и подуровнем

физического присоединения к среде, а интерфейс MII располагается между MAC-

подуровнем и подуровнями кодирования сигнала, которых в стандарте Fast

Ethernet три - FX, TX и T4.

Подуровень согласования нужен для того, чтобы согласовать работу

подуровня MAC с интерфейсом MII.

1.1.1.1 Физический уровень 100Base-FX - многомодовое оптоволокно

Физический уровень PHY ответственен за прием данных в параллельной

форме от MAC-подуровня, трансляцию их в один (TX или FX) или три

последовательных потока бит с возможностью побитной синхронизации и

передачу их через разъем на кабель. Аналогично, на приемном узле уровень

PHY должен принимать сигналы по кабелю, определять моменты синхронизации

бит, извлекать биты из физических сигналов, преобразовывать их в

параллельную форму и передавать подуровню MAC.

Структура физического уровня 100Base-FX представлена на рисунке 1.3.

Эта спецификация определяет работу протокола Fast Ethernet по

многомодовому оптоволокну в полудуплексном и полнодуплексном режимах на

основе хорошо проверенной схемы кодирования и передачи оптических сигналов,

использующейся уже на протяжении ряда лет в стандарте FDDI. Как и в

стандарте FDDI, каждый узел соединяется с сетью двумя оптическими

волокнами, идущими от приемника (Rx) и от передатчика (Tx).

[pic]

Рисунок 1.3 - Физический уровень PHY FX

Между спецификациями PHY FX и PHY TX есть много общего, поэтому

общие для двух спецификаций свойства будут даваться под обобщенным

названием PHY FX/TX.

Метод кодирования 4B/5B

10 Мб/с версии Ethernet используют манчестерское кодирование для

представления данных при передаче по кабелю. Метод кодирования 4B/5B

определен в стандарте FDDI, и он без изменений перенесен в спецификацию PHY

FX/TX. При этом методе каждые 4 бита данных MAC-подуровня (называемых

символами) представляются 5 битами. Использование избыточного бита

позволяет применить потенциальные коды при представлении каждого из пяти

бит в виде электрических или оптических импульсов. Потенциальные коды

обладают по сравнению с манчестерскими кодами более узкой полосой спектра

сигнала, а, следовательно, предъявляют меньшие требования к полосе

пропускания кабеля. Однако прямое использование потенциальных кодов для

передачи исходных данных без избыточного бита невозможно из-за плохой

самосинхронизации приемника и источника данных: при передаче длинной

последовательности единиц или нулей в течение долгого времени сигнал не

изменяется и приемник не может определить момент чтения очередного бита.

При использовании пяти бит для кодирования шестнадцати исходных 4-х

битовых комбинаций, можно построить такую таблицу кодирования, в которой

любой исходный 4-х битовый код представляется 5-ти битовым кодом с

чередующимися нулями и единицами. Тем самым обеспечивается синхронизация

приемника с передатчиком. Так как исходные биты MAC-подуровня должны

передаваться со скоростью 100Мб/c, то наличие одного избыточного бита

вынуждает передавать биты результирующего кода 4B/5B со скоростью 125 Мб/c,

то есть межбитовое расстояние в устройстве PHY составляет 8 наносекунд.

Так как из 32 возможных комбинаций 5-битовых порций для кодирования

порций исходных данных нужно только 16, то остальные 16 комбинаций в коде

4В/5B используются в служебных целях.

Наличие служебных символов позволило использовать в спецификациях

FX/TX схему непрерывного обмена сигналами между передатчиком и приемником и

при свободном состоянии среды, что отличает их от спецификации 10Base-T,

когда незанятое состояние среды обозначается полным отсутствием на ней

импульсов информации. Для обозначения незанятого состояния среды

используется служебный символ Idle (11111), который постоянно циркулирует

между передатчиком и приемником, поддерживая их синхронизм и в периодах

между передачами информации, а также позволяя контролировать физическое

состояние линии.

Существование запрещенных комбинаций символов позволяет

отбраковывать ошибочные символы, что повышает устойчивость работы сетей с

PHY FX/TX.

Для отделения кадра Ethernet от символов Idle используется

комбинация символов Start Delimiter (пара символов JK), а после завершения

кадра перед первым символом Idle вставляется символ T (рисунок 1.4).

[pic]

Рисунок 1.4 - Непрерывный поток данных спецификаций PHY FX/TX

После преобразования 4-битовых порций MAC-кодов в 5-битовые порции

PHY их необходимо представить в виде оптических или электрических сигналов

в кабеле, соединяющем узлы сети. Спецификации PHY FX и PHY TX используют

для этого различные методы физического кодирования - NRZI и MLT-3

соответственно. Эти же методы определены в стандарте FDDI для передачи

сигналов по оптоволокну (спецификация PMD) и витой паре (спецификация TP-

PMD).

Рассмотрим метод NRZI - Non Return to Zero Invert to ones - метод

без возврата к нулю с инвертированием для единиц. Этот метод представляет

собой модификацию простого потенциального метода кодирования, называемого

Non Return to Zero (NRZ), когда для представления 1 и 0 используются

потенциалы двух уровней. В методе NRZI также используется два уровня

потенциала сигнала, но потенциал, используемый для кодирования текущего

бита зависит от потенциала, который использовался для кодирования

предыдущего бита (так называемое, дифференциальное кодирование). Если

текущий бит имеет значение 1, то текущий потенциал представляет собой

инверсию потенциала предыдущего бита, независимо от его значения. Если же

текущий бит имеет значение 0, то текущий потенциал повторяет предыдущий.

Из описания метода NRZI видно, что для обеспечения частых изменений

сигнала, а значит и для поддержания самосинхронизации приемника, нужно

исключить из кодов слишком длинные последовательности нулей. Коды 4B/5B

построены так, что гарантируют не более трех нулей подряд при любом

сочетании бит в исходной информации. Основное преимущество NRZI кодирования

по сравнению с NRZ кодированием в более надежном распознавании передаваемых

1 и 0 на линии в условиях помех.

1.1.1.2 Физический уровень 100Base-T4 - четырехпарная витая пара

Спецификация PHY T4 была разработана для того, чтобы можно было

использовать для высокоскоростного Ethernet'а имеющуюся проводку на витой

паре категории 3. Эта спецификация использует все 4 пары кабеля для того,

чтобы можно было повысить общую пропускную способность за счет

одновременной передачи потоков бит по нескольким витым парам.

Структура физического уровня PHY T4 изображена на рисунке 1.5.

Вместо кодирования 4B/5В в этом методе используется кодирование

8B/6T. Каждые 8 бит информации MAC-уровня кодируются 6-ю троичными цифрами

(ternary symbols), то есть цифрами, имеющими три состояния. Каждая троичная

цифра имеет длительность 40 наносекунд. Группа из 6-ти троичных цифр затем

передается на одну из трех передающих витых пар, независимо и

последовательно. Четвертая пара всегда используется для прослушивания

несущей частоты в целях обнаружения коллизии. Скорость передачи данных по

каждой из трех передающих пар равна 33.3 Мб/c, поэтому общая скорость

протокола 100Base-T4 составляет 100 Мб/c. В то же время из-за принятого

способа кодирования скорость изменения сигнала на каждой паре равна всего

25 Мбод, что и позволяет использовать витую пару категории 3.

При соединение порта MDI сетевого адаптера 100Base-T4 с портом MDI-X

повторителя, пара 1-2 используется для передачи данных от порта MDI к порту

MDI-X, пара 3-6 всегда используется для приема данных портом MDI от порта

MDI-X, а пары 4-5 и 7-8 являются двунаправленными и используются и для

приема, и для передачи, в зависимости от потребности.

[pic]

Рисунок 1.5 - Физический уровень PHY T4

1.1.2 Протоколы TCP/IP

Основу транспортных средств стека протоколов TCP/IP составляет

протокол межсетевого взаимодействия - Internet Protocol (IP). К основным

функциям протокола IP относятся:

- перенос между сетями различных типов адресной информации в

унифицированной форме,

- сборка и разборка пакетов при передаче их между сетями с различным

максимальным значением длины пакета.

Пакет IP состоит из заголовка и поля данных. Заголовок пакета имеет

следующие поля:

- Поле Номер версии (VERS) указывает версию протокола IP. Сейчас

повсеместно используется версия 4 и готовится переход на версию 6,

называемую также IPng (IP next generation).

- Поле Длина заголовка (HLEN) пакета IP занимает 4 бита и указывает

значение длины заголовка, измеренное в 32-битовых словах. Обычно заголовок

имеет длину в 20 байт (пять 32-битовых слов), но при увеличении объема

служебной информации эта длина может быть увеличена за счет использования

дополнительных байт в поле Резерв (IP OPTIONS).

- Поле Тип сервиса (SERVICE TYPE) занимает 1 байт и задает

приоритетность пакета и вид критерия выбора маршрута. Первые три бита этого

поля образуют подполе приоритета пакета (PRECEDENCE). Приоритет может иметь

значения от 0 (нормальный пакет) до 7 (пакет управляющей информации).

Маршрутизаторы и компьютеры могут принимать во внимание приоритет пакета и

обрабатывать более важные пакеты в первую очередь. Поле Тип сервиса

содержит также три бита, определяющие критерий выбора маршрута.

Установленный бит D (delay) говорит о том, что маршрут должен выбираться

для минимизации задержки доставки данного пакета, бит T - для максимизации

пропускной способности, а бит R - для максимизации надежности доставки.

- Поле Общая длина (TOTAL LENGTH) занимает 2 байта и указывает общую

длину пакета с учетом заголовка и поля данных.

- Поле Идентификатор пакета (IDENTIFICATION) занимает 2 байта и

используется для распознавания пакетов, образовавшихся путем фрагментации

исходного пакета. Все фрагменты должны иметь одинаковое значение этого

поля.

- Поле Флаги (FLAGS) занимает 3 бита, оно указывает на возможность

фрагментации пакета (установленный бит Do not Fragment - DF - запрещает

маршрутизатору фрагментировать данный пакет), а также на то, является ли

данный пакет промежуточным или последним фрагментом исходного пакета

(установленный бит More Fragments - MF - говорит о том пакет переносит

промежуточный фрагмент).

- Поле Смещение фрагмента (FRAGMENT OFFSET) занимает 13 бит, оно

используется для указания в байтах смещения поля данных этого пакета от

начала общего поля данных исходного пакета, подвергнутого фрагментации.

Используется при сборке/разборке фрагментов пакетов при передачах их между

сетями с различными величинами максимальной длины пакета.

- Поле Время жизни (TIME TO LIVE) занимает 1 байт и указывает

предельный срок, в течение которого пакет может перемещаться по сети. Время

жизни данного пакета измеряется в секундах и задается источником передачи

средствами протокола IP. На шлюзах и в других узлах сети по истечении

каждой секунды из текущего времени жизни вычитается единица; единица

вычитается также при каждой транзитной передаче (даже если не прошла

секунда). При истечении времени жизни пакет аннулируется.

- Идентификатор Протокола верхнего уровня (PROTOCOL) занимает 1 байт

и указывает, какому протоколу верхнего уровня принадлежит пакет (например,

это могут быть протоколы TCP, UDP или RIP).

- Контрольная сумма (HEADER CHECKSUM) занимает 2 байта, она

рассчитывается по всему заголовку.

- Поля Адрес источника (SOURCE IP ADDRESS) и Адрес назначения

(DESTINATION IP ADDRESS) имеют одинаковую длину - 32 бита, и одинаковую

структуру.

- Поле Резерв (IP OPTIONS) является необязательным и используется

обычно только при отладке сети. Это поле состоит из нескольких подполей,

каждое из которых может быть одного из восьми предопределенных типов. В

этих подполях можно указывать точный маршрут прохождения маршрутизаторов,

регистрировать проходимые пакетом маршрутизаторы, помещать данные системы

безопасности, а также временные отметки. Так как число подполей может быть

произвольным, то в конце поля Резерв должно быть добавлено несколько байт

для выравнивания заголовка пакета по 32-битной границе.

Максимальная длина поля данных пакета ограничена разрядностью поля,

определяющего эту величину, и составляет 65535 байтов, однако при передаче

по сетям различного типа длина пакета выбирается с учетом максимальной

длины пакета протокола нижнего уровня, несущего IP-пакеты. Если это кадры

Ethernet, то выбираются пакеты с максимальной длиной в 1500 байтов,

умещающиеся в поле данных кадра Ethernet.

В стеке протоколов TCP/IP протокол TCP (Transmission Control

Protocol) работает так же, как и протокол UDP, на транспортном уровне. Он

обеспечивает надежную транспортировку данных между прикладными процессами

путем установления логического соединения.

Единицей данных протокола TCP является сегмент. Информация,

поступающая к протоколу TCP в рамках логического соединения от протоколов

более высокого уровня, рассматривается протоколом TCP как

неструктурированный поток байт. Поступающие данные буферизуются средствами

TCP. Для передачи на сетевой уровень из буфера "вырезается" некоторая

непрерывная часть данных, называемая сегментом.

В протоколе TCP предусмотрен случай, когда приложение обращается с

запросом о срочной передаче данных (бит PSH в запросе установлен в 1). В

этом случае протокол TCP, не ожидая заполнения буфера до уровня размера

сегмента, немедленно передает указанные данные в сеть. О таких данных

говорят, что они передаются вне потока - out of band.

Не все сегменты, посланные через соединение, будут одного и того же

размера, однако оба участника соединения должны договориться о максимальном

размере сегмента, который они будут использовать. Этот размер выбирается

таким образом, чтобы при упаковке сегмента в IP-пакет он помещался туда

целиком, то есть максимальный размер сегмента не должен превосходить

максимального размера поля данных IP-пакета. В противном случае пришлось бы

выполнять фрагментацию, то есть делить сегмент на несколько частей, для

того, чтобы он вместился в IP-пакет.

Аналогичные проблемы решаются и на сетевом уровне. Для того, чтобы

избежать фрагментации, должен быть выбран соответствующий максимальный

размер IP-пакета. Однако при этом должны быть приняты во внимание

максимальные размеры поля данных кадров (MTU) всех протоколов канального

уровня, используемых в сети. Максимальный размер сегмента не должен

превышать минимальное значение на множестве всех MTU составной сети.

В протоколе TCP также, как и в UDP, для связи с прикладными

процессами используются порты. Номера портам присваиваются аналогичным

образом: имеются стандартные, зарезервированные номера (например, номер 21

закреплен за сервисом FTP, 23 - за telnet), а менее известные приложения

пользуются произвольно выбранными локальными номерами.

Однако в протоколе TCP порты используются несколько иным способом.

Для организации надежной передачи данных предусматривается установление

логического соединения между двумя прикладными процессами. В рамках

соединения осуществляется обязательное подтверждение правильности приема

для всех переданных сообщений, и при необходимости выполняется повторная

передача. Соединение в TCP позволяет вести передачу данных одновременно в

обе стороны, то есть полнодуплексную передачу.

Соединение в протоколе TCP идентифицируется парой полных адресов

обоих взаимодействующих процессов (оконечных точек). Адрес каждой из

оконечных точек включает IP-адрес (номер сети и номер компьютера) и номер

порта. Одна оконечная точка может участвовать в нескольких соединениях.

При установлении соединения одна из сторон является инициатором. Она

посылает запрос к протоколу TCP на открытие порта для передачи (active

open).

После открытия порта протокол TCP на стороне процесса-инициатора

посылает запрос процессу, с которым требуется установить соединение.

Протокол TCP на приемной стороне открывает порт для приема данных

(passive open) и возвращает квитанцию, подтверждающую прием запроса.

Для того чтобы передача могла вестись в обе стороны, протокол на

приемной стороне также открывает порт для передачи (active port) и также

передает запрос к противоположной стороне.

Сторона-инициатор открывает порт для приема и возвращает квитанцию.

Соединение считается установленным. Далее происходит обмен данными в рамках

данного соединения.

Сообщения протокола TCP называются сегментами и состоят из заголовка

и блока данных.

Порт источника (SOURS PORT) занимает 2 байта, идентифицирует процесс-

отправитель;

Порт назначения (DESTINATION PORT) занимает 2 байта, идентифицирует

процесс-получатель;

Последовательный номер (SEQUENCE NUMBER) занимает 4 байта, указывает

номер байта, который определяет смещение сегмента относительно потока

отправляемых данных;

Подтвержденный номер (ACKNOWLEDGEMENT NUMBER) занимает 4 байта,

содержит максимальный номер байта в полученном сегменте, увеличенный на

единицу; именно это значение используется в качестве квитанции;

Длина заголовка (HLEN) занимает 4 бита, указывает длину заголовка

сегмента TCP, измеренную в 32-битовых словах. Длина заголовка не

фиксирована и может изменяться в зависимости от значений, устанавливаемых в

поле Опции;

Резерв (RESERVED) занимает 6 битов, поле зарезервировано для

последующего использования;

Кодовые биты (CODE BITS) занимают 6 битов, содержат служебную

информацию о типе данного сегмента, задаваемую установкой в единицу

соответствующих бит этого поля:

URG - срочное сообщение;

ACK - квитанция на принятый сегмент;

PSH - запрос на отправку сообщения без ожидания заполнения буфера;

RST - запрос на восстановление соединения;

SYN - сообщение используемое для синхронизации счетчиков переданных

данных при установлении соединения;

FIN - признак достижения передающей стороной последнего байта в

потоке передаваемых данных.

Окно (WINDOW) занимает 2 байта, содержит объявляемое значение

размера окна в байтах;

Контрольная сумма (CHECKSUM) занимает 2 байта, рассчитывается по

сегменту;

Указатель срочности (URGENT POINTER) занимает 2 байта, используется

совместно с кодовым битом URG, указывает на конец данных, которые

необходимо срочно принять, несмотря на переполнение буфера;

Опции (OPTIONS) - это поле имеет переменную длину и может вообще

отсутствовать, максимальная величина поля 3 байта; используется для решения

вспомогательных задач, например, при выборе максимального размера сегмента;

Заполнитель (PADDING) может иметь переменную длину, представляет

собой фиктивное поле, используемое для доведения размера заголовка до

целого числа 32-битовых слов.

1.2 Волоконно-оптические линии связи

Волоконно-оптические линии связи - это вид связи, при котором

информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным

под названием "оптическое волокно".

Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной

физической средой для передачи информации, а также самой перспективной

средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния.

Основания так считать вытекают из ряда особенностей, присущих оптическим

волноводам.

Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно

высокой частотой несущей (Fo=10**14 Гц). Это означает, что по оптической

линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка 10**12 бит/с

или Терабит/с. Скорость передачи данных может быть увеличена за счет

передачи информации сразу в двух направлениях, так как световые волны могут

распространяться в одном волокне независимо друг от друга. Кроме того, в

оптическом волокне могут распространяться световые сигналы двух разных

поляризаций, что позволяет удвоить пропускную способность оптического

канала связи. На сегодняшний день предел по плотности передаваемой

информации по оптическому волокну не достигнут.

Сигнал имеет очень малое (по сравнению с другими средами) затухание

светового сигнала в волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют

затухание 0.22 дБ/км на длине волны 1.55 мкм, что позволяет строить линии

связи длиной до 100 км без регенерации сигналов. Для сравнения, лучшее

волокно Sumitomo на длине волны 1.55 мкм имеет затухание 0.154 дБ/км. В

оптических лабораториях США разрабатываются еще более "прозрачные", так

называемые фторцирконатные волокна с теоретическим пределом порядка 0,02

дБ/км на длине волны 2.5 мкм. Лабораторные исследования показали, что на

основе таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными

участками через 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.

Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись

кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие

от меди. Оптические волокна имеют диаметр около 100 мкм., то есть очень

компактны и легки. Стеклянные волокна - не металл, при строительстве систем

связи автоматически достигается гальваническая развязка сегментов. Применяя

особо прочный пластик, на кабельных заводах изготавливают самонесущие

подвесные кабели, не содержащие металла и тем самым безопасные в

электрическом отношении. Такие кабели можно монтировать на мачтах

существующих линий электропередач, как отдельно, так и встроенные в фазовый

провод, экономя значительные средства на прокладку кабеля через реки и

другие преграды.

Системы связи на основе оптических волокон устойчивы к

электромагнитным помехам, а передаваемая по световодам информация защищена

от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические линии связи нельзя

подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно могут быть

зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля) целостности

линии. Теоретически существуют способы обойти защиту путем мониторинга, но

затраты на реализацию этих способов будут столь велики, что превзойдут

стоимость перехваченной информации.

Существует способ скрытой передачи информации по оптическим линиям

связи. При скрытой передаче сигнал от источника излучения модулируется не

по амплитуде, как в обычных системах, а по фазе. Затем сигнал смешивается с

самим собой, задержанным на некоторое время, большее, чем время

когерентности источника излучения. При таком способе передачи информация не

может быть перехвачена амплитудным приемником излучения, так как он

зарегистрирует лишь сигнал постоянной интенсивности. Для обнаружения

перехватываемого сигнала понадобится перестраиваемый интерферометр

Майкельсона специальной конструкции. Причем, видность интерференционной

картины может быть ослаблена как 1:2N, где N - количество сигналов,

одновременно передаваемых по оптической системе связи. Можно распределить

передаваемую информацию по множеству сигналов или передавать несколько

шумовых сигналов, ухудшая этим условия перехвата информации. Потребуется

значительный отбор мощности из волокна, чтобы несанкционированно принять

оптический сигнал, а это вмешательство легко зарегистрировать системами

мониторинга.

Важное свойство оптического волокна - долговечность. Время жизни

волокна, то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах,

превышает 25 лет, что позволяет проложить оптико-волоконный кабель один раз

и, по мере необходимости, наращивать пропускную способность канала путем

замены приемников и передатчиков на более быстродействующие.

Недостатки технологии заключаются том что, при создании линии связи

требуются высоконадежные активные элементы, преобразующие электрические

сигналы в свет и свет в электрические сигналы. Необходимы также оптические

коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом

на подключение-отключение. Точность изготовления таких элементов линии

связи должна соответствовать длине волны излучения, то есть погрешности

должны быть порядка доли микрона. Поэтому производство таких компонентов

оптических линий связи очень дорогостоящее.

Другой недостаток заключается в том, что для монтажа оптических

волокон требуется прецизионное, а потому дорогое, технологическое

оборудование. Как следствие, при аварии (обрыве) оптического кабеля затраты

на восстановление выше, чем при работе с медными кабелями.

Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи (ВОЛС)

настолько значительны, что несмотря на перечисленные недостатки оптического

волокна, эти линии связи все шире используются для передачи информации.

Промышленность многих стран освоила выпуск широкой номенклатуры

изделий и компонентов ВОЛС. Следует заметить, что производство компонентов

ВОЛС, в первую очередь оптического волокна, отличает высокая степень

концентрации. Большинство предприятий сосредоточено в США. Обладая главными

патентами, американские фирмы (в первую очередь это относится к фирме

"CORNING") оказывают влияние на производство и рынок компонентов ВОЛС во

всем мире, благодаря заключению лицензионных соглашений с другими фирмами и

созданию совместных предприятий.

Важнейший из компонентов ВОЛС - оптическое волокно. Для передачи

сигналов применяются два вида волокна: одномодовое и многомодовое. Свое

название волокна получили от способа распространения излучения в них.

Волокно состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления

n1 и n2. В одномодовом волокне диаметр световодной жилы порядка 8-10 мкм,

то есть сравним с длиной световой волны. При такой геометрии в волокне

может распространяться только один луч (одна мода). В многомодовом волокне

размер световодной жилы порядка 50-60 мкм, что делает возможным

распространение большого числа лучей (много мод). Оба типа волокна

характеризуются двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией.

Затухание обычно измеряется в дБ/км и определяется потерями на

поглощение и на рассеяние излучения в оптическом волокне. Потери на

поглощение зависят от чистоты материала, потери на рассеяние зависят от

неоднородностей показателя преломления материала. Затухание зависит от

длины волны излучения, вводимого в волокно. В настоящее время передачу

сигналов по волокну осуществляют в трех диапазонах: 0.85 мкм, 1.3 мкм, 1.55

мкм, так как именно в этих диапазонах кварц имеет повышенную прозрачность.

Другой важнейший параметр оптического волокна - дисперсия. Дисперсия

- это рассеяние во времени спектральных и модовых составляющих оптического

сигнала. Существуют три типа дисперсии: модовая, материальная и

волноводная. Модовая дисперсия присуща многомодовому волокну и обусловлена

наличием большого числа мод, время распространения которых различно.

Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от

длины волны. Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и

характеризуется зависимостью скорости распространения моды от длины волны.

Поскольку светодиод или лазер излучает некоторый спектр длин волн,

дисперсия приводит к уширению импульсов при распространению по волокну и

тем самым порождает искажения сигналов. При оценке пользуются термином

"полоса пропускания" - это величина, обратная к величине уширения импульса

при прохождении им по оптическому волокну расстояния в 1 км. Измеряется

полоса пропускания в МГц*км. Из определения полосы пропускания видно, что

дисперсия накладывает ограничение на дальность передачи и на верхнюю

частоту передаваемых сигналов.

Если при распространении света по многомодовому волокну как правило

преобладает модовая дисперсия, то одномодовому волокну присущи только два

последних типа дисперсии. На длине волны 1.3 мкм материальная и волноводная

дисперсии в одномодовом волокне компенсируют друг друга, что обеспечивает

наивысшую пропускную способность.

Затухание и дисперсия у разных типов оптических волокон различны.

Одномодовые волокна обладают лучшими характеристиками по затуханию и по

полосе пропускания, так как в них распространяется только один луч. Однако,

одномодовые источники излучения в несколько раз дороже многомодовых. В

одномодовое волокно труднее ввести излучение из-за малых размеров

световодной жилы, по этой же причине одномодовые волокна сложно сращивать с

малыми потерями. Оконцевание одномодовых кабелей оптическими разъемами

также обходится дороже.

Многомодовые волокна более удобны при монтаже, так как в них размер

световодной жилы в несколько раз больше, чем в одномодовых волокнах.

Многомодовый кабель проще оконцевать оптическими разъемами с малыми

потерями (до 0.3 dB) в стыке. На многомодовое волокно расчитаны излучатели

на длину волны 0.85 мкм - самые доступные и дешевые излучатели, выпускаемые

в очень широком ассортименте. Но затухание на этой длине волны у

многомодовых волокон находится в пределах 3-4 dB/км и не может быть

существенно улучшено. Полоса пропускания у многомодовых волокон достигает

800 МГц*км, что приемлемо для локальных сетей связи, но не достаточно для

магистральных линий.

Вторым важнейшим компонентом, определяющим надежность и

долговечность ВОЛС, является волоконно-оптический кабель (ВОК). На сегодня

в мире несколько десятков фирм, производящих оптические кабели различного

назначения. Наиболее известные из них: AT&T, General Cable Company (США);

Siecor (ФРГ); BICC Cable (Великобритания); Les cables de Lion (Франция);

Nokia (Финляндия); NTT, Sumitomo (Япония), Pirelli(Италия). Определяющими

параметрами при производстве ВОК являются условия эксплуатации и пропускная

способность линии связи. По условиям эксплуатации кабели подразделяют на:

- монтажные

- станционные

- зоновые

- магистральные

Первые два типа кабелей предназначены для прокладки внутри зданий и

сооружений. Они компактны, легки и, как правило, имеют небольшую

строительную длину. Кабели последних двух типов предназначены для прокладки

в колодцах кабельных коммуникаций, в грунте, на опорах вдоль ЛЭП, под

водой. Эти кабели имеют защиту от внешних воздействий и строительную длину

более двух километров.

Для обеспечения большой пропускной способности линии связи

производятся ВОК, содержащие небольшое число (до 8) одномодовых волокон с

малым затуханием, а кабели для распределительных сетей могут содержать до

144 волокон как одномодовых, так и многомодовых, в зависимости от

расстояний между сегментами сети.

При изготовлении ВОК в основном используются два подхода:

- конструкции со свободным перемещением элементов

- конструкции с жесткой связью между элементами

По видам конструкций различают кабели повивной скрутки, пучковой

скрутки, кабели с профильным сердечником, а также ленточные кабели.

Существуют многочисленные комбинации конструкций ВОК, которые в сочетании

большим ассортиментом применяемых материалов позволяют выбрать исполнение

кабеля, наилучшим образом удовлетворяющее всем условиям проекта, в том

числе - стоимостным. Особый класс образуют кабели, встроенные в грозотрос.

Сращивание строительных длин оптических кабелей производится с

использованием кабельных муфт специальной конструкции. Эти муфты имеют два

или более кабельных ввода, приспособления для крепления силовых элементов

кабелей и одну или несколько сплайс-пластин. Сплайс-пластина - это

конструкция для укладки и закрепления сращиваемых волокон разных кабелей.

После того, как оптический кабель проложен, необходимо соединить его

с приемо-передающей аппаратурой. Сделать это можно с помощью оптических

коннекторов (соединителей). В системах связи используются коннекторы многих

видов. Рассмотрим лишь основные виды, получившие наибольшее распространение

в мире. Внешний вид разъемов показан на рисунке. Характеристики коннекторов

представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Характеристики оптических коннеторов

|Возможность использования недорогого активного оборудования без|Да |Нет |

|поддержки STP | | |

|Сохранение работоспособности всех пользователей сети в случае |Нет |Да |

|повреждения кабеля. | | |

|Возможность организации дополнительного (резервного) канала без|Нет |Да |

|перестройки топологии сети. | | |

|Сохранение связи между узами в случае отказа центрального |Нет |Да |

|оборудования. | | |

|Возможность строительства магистралей по частям. |Да |Нет |

|Малая зависимость от особенностей места строительства. |Да |Нет |

Очевидно что с точки зрения надёжности предпочтительнее топология

«кольцо», но так как для домашней сети значительнее актуальнее вопрос

стоимости сети и, учитывая, трудности возникающие при прокладке кабеля, то

в итоге топология «звезда» является наиболее оптимальной.

Основное назначение абонентской системы здания (иначе говоря,

внутридомовой разводки) - подключение конечных пользователей к активному

оборудованию Ethernet-провайдера внутри одного дома. В функциональном плане

эта цель почти совпадает (в терминах СКС) с горизонтальной кабельной

системой, но прокладка сети в жилом доме обладает целым рядом отличительных

признаков.

Из-за экономических соображений, Ehternet-провайдерам приходится

подстраиваться под архитектурные особенности зданий. Нельзя прокладывать

коммуникации, невзирая на расходы, как это принято при инсталляции СКС.

Поэтому желательно еще на стадии или эскиза сети учесть вместимость шахт

слаботочной проводки, вводов, возможность крепления кабелей, предусмотреть

защиту активного оборудования от злоумышленников, и многое другое.

Так же, не известно заранее ни количество, ни расположение

Страницы: 1, 2, 3, 4