Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Кабельные системы для скоростной передачи данных

Даниель Прудон

Приложения, предназначенные для работы по медным кабелям, очень просты по своей природе: одна пара кабеля используется для передачи сигналов, другая - для их приема. Впервые кабели из витых пар начали применять в качестве передающей среды в телефонии, в полосе частот в несколько килогерц. Затем, когда и для передачи данных стали применять подобные кабели, их качество повышалось шаг за шагом с целью достижения как можно более высокой пропускной способности. В телекоммуникационных сетях "последняя миля" часто является наиболее дорогой частью системы. Поэтому, предлагая клиентам новые услуги, операторы предпочитают устанавливать усовершенствованное активное оборудование, стараясь использовать уже проложенные кабели. Аналогичные тенденции наблюдаются и в локальных компьютерных сетях. Поочередное техническое улучшение то кабелей, то приложений способствует их постоянному совершенствованию. Так, стремление увеличить скорость передачи данных привело к необходимости использовать все четыре пары кабелей категории 5. Но, чтобы не отстать в гонке за производительность, конечный пользователь уже сейчас должен думать о перспективе, а следовательно, переходить на кабельную проводку категории 6.

От коаксиального кабеля - к витой паре

В 70-е годы доминировали большие компьютеры. Тогда повсеместно применяли коаксиальные и твинаксиальные кабели. Каждый поставщик требовал прокладки специфических кабелей: "Если у вас нет кабеля с номером XYZ, то ваша система работать не будет". Кабель, будучи одним из компонентов компьютерной системы, конструировался вместе с нею. При замене самой системы приходилось заменять и кабель.

В нишах под потолком и в стенах старых производственных помещений нередко можно обнаружить множество разнообразных кабелей, которые относятся к компьютерным системам различных марок. Все эти заброшенные пучки кабелей похожи на археологические слои, запечатлевшие историю обработки данных в компании.

В 80-е годы централизованные системы обработки данных на базе "мэйнфреймов" превратились в распределенные системы, в которых вычислительная мощность рассредоточилась по персональным компьютерам, установленным на рабочих столах во всех помещениях. Для передачи данных в компьютерных сетях стали применять телефонные кабели из сбалансированных витых пар, проложенных практически во всех помещениях.

От телефонии - к передаче данных

Обычные телефонные кабели предназначены для передачи низкочастотных сигналов (средняя частота спектра человеческого голоса равна 800 Гц). Их никогда не применяли на частотах выше нескольких килогерц.

Первые очень популярные системы для связи ПК между собой (Arcnet, Machinet и др.) были предшественниками первой версии Ethernet со скоростью передачи 1 Мбит/с. Первая спецификация, относящаяся к электрическим характеристикам этих кабелей, опубликована в 1983 г. Основным ее параметром было затухание на частоте 1 МГц. Второй пакет требований появился через пару лет; в нем значения параметров задавались уже на частоте 10 МГц. Возник новый параметр - перекрестные наводки на ближнем конце пары (NEXT).

Проектировщики кабелей всерьез забеспокоились: не безумны ли попытки передачи данных с помощью витых пар на частотах, обычных для коаксиальных кабелей? Казалось, что избежать высокого уровня перекрестных наводок на столь высоких частотах практически невозможно.

Тем не менее кабельщики начали укорачивать шаг скрутки витых пар, пытаясь получить более устойчивую конструкцию кабеля, и заменили материал изоляции - вместо ПВХ стали применять полиэтилен. В то время стабильности импедансных характеристик уделялось еще мало внимания.

Импеданс хорошего телефонного кабеля на частоте 800 Гц составляет около 600 Ом, на частоте 1 МГц - 102-104 Ом, а на частоте 100 МГц - 100 Ом (рис. 1). Отсюда и возникло значение стандартного импеданса для кабелей из витых пар для передачи данных, равное 100 ± 15-20 Ом.

Рис. 1. Зависимость импеданса витой пары от частоты

Начавшаяся одновременно с этим гонка за увеличение скорости передачи данных в конце 80-х годов привела к расширению полосы пропускания кабелей до 16 и 32 МГц. Это была простая экстраполяция результатов, полученных на частоте 10 МГц, без проведения каких-либо дополнительных исследований.

Первый скачок производительности

В 1993 г. появилась первая спецификация для частоты 100 МГц. Все производители кабелей столкнулись со множеством аномалий на частотной характеристике затухания в районе 80 МГц. Появление их не было неожиданностью, ведь предыдущая версия конструкции витой пары предназначалась для полосы частот 10 МГц. Согласитесь, что увеличение полосы пропускания на порядок - это действительно большой шаг вперед.

Сущность аномалий удалось довольно быстро раскрыть. Она заключалась в очень небольшом, периодически повторяющемся отклонении параметров кабеля с расстоянием между соседними дефектными точками порядка 1 м. Оставалось только обнаружить причину этого отклонения в намоточной машине с огромным числом вращающихся частей, потенциально вызывающих периодическую нерегулярность. Для полного устранения проблемы пришлось провести серьезную модернизацию всего производственного оборудования.

Второй скачок

Если сравнивать полосу пропускания современных кабелей и кабелей следующего поколения (категории 6), то разница между ними будет незначительной - всего лишь двукратной. Главные усовершенствования в кабельных системах связаны с переходом на использование всех четырех пар кабеля и дуплексную передачу по каждой из них.

На рис. 2 можно увидеть эволюцию полосы пропускания витой пары трех поколений кабелей, используемых для передачи данных, относительно спецификаций международных стандартов.

Рис. 2. Расширение рабочей полосы частот кабелей из витых пар

Новые технические требования

В настоящее время комитет IEEE 802.3, работающий над стандартами технологии Ethernet, разрабатывает ее гигабитную версию. Согласно этому стандарту, Gigabit Ethernet должна работать на линиях класса D, собранных из элементов категории 5 с использованием всех четырех пар кабеля. Более того, для достижения гигабитной скорости по каждой паре сигналы следует передавать в обоих направлениях одновременно. Вот это и будет самое существенное отличие, ведь до сих пор все сетевые приложения использовали только две пары - одну для передачи, а другую для приема сигнала.

Дуплексная передача

При передаче данных с помощью технологии Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с поток расщепляется на четыре части. На каждую витую пару приходится по 250 Мбит/с. На обоих концах линии происходят передача и прием сигналов. Это не является чем-то новым, ведь обычный телефон работает всего по одной паре, тем не менее собеседники могут говорить друг с другом одновременно.

Перекрестные наводки

Ныне действующие приложения передают сигнал по одной паре, а принимают ответный по другой. В этом случае существенна только одна проблема, связанная с перекрестными наводками, - значительная разница между высоким уровнем исходящего и низким уровнем приходящего сигналов на одном конце кабеля. Важный параметр, который характеризует этот вид помех, - это перекрестные наводки на ближнем конце линии передачи (NEXT). В новых протоколах значимость параметра NEXT сохраняется, но, как уже упоминалось, поскольку применяется дуплексный способ передачи, то придется учитывать и наводки от передатчика, расположенного на дальнем конце линии передачи, - перекрестные наводки на дальнем конце (FEXT) (рис. 3).

Рис. 3. FEXT - новый параметр для дуплексной передачи,
Т - передатчик, R - приемник

Суммарные наводки

При одновременном использовании четырех пар кабеля приходится оценивать влияние трех пар на четвертую, причем не только на ближнем, но и дальнем конце линии. В этом случае появляется понятие "суммарная наводка" (Global crosstalk - GTX). Она равна сумме наведенных шумов от всех пар на обоих концах линии. GTX измеряется в децибелах.

Время прохождения сигнала

Как уже говорилось выше, весь поток данных расщепляется на четыре части. Если время прохождения пакетов данных по различным парам заметно отличается от номинального значения, то пакет, посланный по первой паре, может прийти к месту назначения вторым или даже третьим по порядку. В этом случае восстановить исходный сигнал будет трудно. Конструкция нового кабеля (категории 6) должна учитывать возникновение проблемы такого рода.

Сбалансированность пары

Система с повышенной пропускной способностью должна быть менее чувствительной к внешним помехам. Чтобы обеспечить правильную передачу, степень симметричности пар должна быть очень высокой. Параметры, которые служат мерой симметричности пар, называются потерями на продольное преобразование (LCL) и потерями на продольно-поперечное преобразование (LCTL) и также измеряются в децибелах. Чем больше их значение, тем лучше сбалансирован кабель. Например, если LCL = 40 дБ, внешнее паразитное напряжение 10 В создает в паре дифференциальное напряжение шума, равное 0,1 В. Им уже нельзя пренебрегать, хотя кабель, сбалансированный на 40 дБ, считается хорошим.

Однородность импеданса

Полезно напомнить еще раз, что грядущие приложения будут, вероятнее всего, работать в дуплексном режиме. Явление неоднородности импеданса в линии передачи аналогично сопротивлению потоку воды на отдельных участках трубопровода с грубой внутренней поверхностью стенок. В этих местах возникает множество завихрений, следовательно, труба оказывает высокое сопротивление потоку воды. То же самое происходит на участках линии, импеданс которых отличается от номинального значения, они создают сигнал, отраженный в сторону передатчика. Если приложение работает в дуплексном режиме, отраженный сигнал будет накладываться на полезный сигнал, идущий с другого конца линии. Поэтому однородность (или регулярность) импеданса становится определяющим фактором при оценке качества двунаправленной передачи и характеризуется двумя параметрами: уровнем обратных (SR) и структурных обратных (SRL) потерь. Оба параметра выражаются в децибелах, более высокое их значение соответствует более однородному импедансу витой пары в кабеле.

Например, в канале с SR = 20 дБ (хороший показатель) и амплитудой передаваемого сигнала 1 В будет возникать эхо-сигнал с амплитудой 0,1 В, который можно сравнить с полезным сигналом амплитудой 0,125 В, приходящим с другого конца линии (рис. 4). Хотя в активном сетевом оборудовании содержатся специальные подавители "эха", компенсировать все виды помех не удается. Учитывая это, хороший кабель категории 6 должен иметь высокую степень однородности импеданса.

Рис. 4. Влияние неоднородности импеданса

***

Если в соответствии с первоначальными задумками технология Gigabit Ethernet и заработает на каналах класса D, изготовленных из компонентов категории 5, все же целесообразно применять кабели с улучшенными параметрами. Чтобы построенная вами кабельная система прослужила долго, необходимо уже сегодня прокладывать кабели и соответствующие компоненты категории 6. Это действительно новые продукты, которые отвечают техническим требованиям новых приложений и сконструированы с учетом всех новшеств специально для того, чтобы придать вашей сети запас прочности, гарантирующий ее работу в любых условиях.





  
5 '1998
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• IP-телефония: битва еще впереди

локальные сети

• Коммутаторы с автоматической установкой скорости портов

• Построение отказоустойчивых локальных сетей

• Дороги, которые мы выбираем

• Абонентский оптоволоконный канал

• Кабельные системы для скоростной передачи данных

• Интеграция с Unix: клиенты и серверы NFS для Windows NT

• Windows NT: взлет или падение?

• Технология Fibre Channel: возможности и проблемы внедрения

корпоративные сети

• Работа с персоналом при внедрении корпоративных информационных систем

• Определение масштаба систем удаленного доступа

• RMON2: сетевой уровень и выше

интернет и интрасети

• Интернет-магазины на CeBIT'98

услуги сетей связи

• Услуги сетей VSAT в России

• TMN в конце туннеля

• Возрождение интереса к аналоговым измерениям в абонентских каналах

• Новые технологии для новых сетей

• Практические аспекты построения корпоративных сетей Frame Relay (часть I)

• Устройства FRAD: данные и речь по одному каналу

• Защита от перегрузок в сетях АТМ

системы учрежденческой связи

• Принципы выбора УПАТС (часть I)

защита данных

• Защита флангов с помощью RADIUS и TACACS+

бизнес

• О русских терминах в области СКС

новые продукты

• Эффективность Frame Relay и качество TDM - в одном канале; WebTracker как средство кадровой политики; Весенние модели Allied Telesyn; Новинки от SMC на CeBIT'98;

только на сервере

• Серверы удаленного доступа масштаба предприятия



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх