WARSTWA FIZYCZNA

Warstwa fizyczna, w postaci określonej przez Model Referencyjny OSI, składa się ze wszystkich procesów, mechanizmów, elektroniki oraz protokołów, które potrzebne są urządzeniu obliczającemu w celu wysłania i odbierania binarnych strumieni danych.

W specyfikacji warstwy fizycznej technologii LAN zamieszczone są oczekiwania odnośnie wydajności nośnika łączącego komunikujące się ze sobą urządzenia. Model jednak nie określa samego rodzaju nośnika.

POJĘCIE WARSTWY FIZYCZNEJ

Fundamentem, na którym zbudowany jest model referencyjny OSI, jest jego warstwa fizyczna. Określa ona wszystkie składniki sieci niezbędne do obsługi elektrycznego i/lub optycznego wysyłania i odbierania sygnałów. Warstwa fizyczna składa się z czterech obszarów funkcjonalnych:

• mechanicznego,

• elektrycznego,

• funkcjonalnego,

• proceduralnego.

Wspólnie obejmują one wszystkie mechanizmy potrzebne do obsługi transmisji danych, takie jak techniki sygnalizacyjne, napięcie prądu elektrycznego przenoszącego sygnał, rodzaje nośników i odpowiadające im właściwości impedancji, elektroniczne składniki kart sieciowych, a nawet fizyczny kształt złącza używanego do terminacji nośnika.

Specyficznymi przykładami mechanizmów, które potrzebne są do obsługi przesyłania danych, lecz które nie należą do zakresu warstwy fizycznej, są:

• nośniki fizyczne,

• koncentratory,

• routery,

• przełączniki.

FUNKCJE WARSTWY FIZYCZNEJ

Warstwa fizyczna przesyła i odbiera sygnały zaadresowane dla wszystkich protokołów jej stosu oraz aplikacji, które je wykorzystują. Musi ona więc wykonywać kilka istotnych funkcji - w szczególności:

Aby móc nadawać wiadomości, musi ona:

• zamieniać dane znajdujące się w ramkach na strumienie binarne,

• wykonywać taką metodę dostępu do nośnika, jakiej żąda warstwa łącza danych,

• przesyłać ramki danych szeregowo (czyli bit po bicie) w postaci strumieni binarnych.

W celu odbierania wiadomości konieczne jest natomiast:

• oczekiwanie na transmisje przychodzące do urządzenia hosta i do niego zaadresowane,

• odbiór odpowiednio zaadresowanych strumieni,

• przesyłanie binarnych strumieni do warstwy danych w celu złożenia ich z powrotem w ramki.

Lista ta, jak widać, nie obejmuje żadnych sposobów weryfikowania integralności danych. Warstwa fizyczna nie posiada bowiem mechanizmu służącego rozpoznawaniu znaczenia wysyłanych jak też otrzymywanych danych. Służy wyłącznie przesyłaniu jedynek i zer.

SYGNAŁY KODOWANIA

Zadaniem warstwy fizycznej jest kodowanie danych w formie, w której mogą być one następnie przesyłane przez medium transmisyjne (nośnik). Istnieje wiele różnych technik fizycznego kodowania danych, ale wszystkie kodowane i przenoszone są za pomocą fal elektromagnetycznych.

Fala elektromagnetyczna jest fizyczną formą energii, którą opisuje spektrum elektromagnetyczne. Spektrum to rozciąga się od poziomu 0 oscylacji poprzez zakresy częstotliwości słyszalnych dla ludzkiego ucha (od 20 do 16000-20000 Hz; optymalna częstotliwość to 3000-4000 Hz)

CZĘSTOTLIWOŚĆ

To częstość, z jaką prąd elektryczny zmienia stan (z dodatniego na ujemny, lub na odwrót). Częstość ta mierzona jest zwykle w hercach (Hz). Do określania częstotliwości wyższych takich jak światło i promienie X oraz gamma, używana jest długość fali.

Zawsze, gdy dane - zarówno analogowe, jak i cyfrowe - przenoszone są za pomocą wibracji elektrycznych, serię wibracji nazwać możemy sygnałem. Sygnały mogą pojawiać się we wszystkich częstotliwościach, choć ogólnie przyjęto, że fale o częstotliwości poniżej 300 kHz nie oferują zakresu pasma, które wystarczyłoby większości urządzeń elektrycznych.

Warstwa fizyczna obsługiwana przez kartę sieciową wymaga nośnika określonego typu. Mając dany typ nośnika, warstwa ta potrafi określić częstotliwość, której ma używać, sposób kodowania danych oraz szerokość pasma, które może być obsługiwane przy zastosowaniu kabla o określonej długości maksymalnej.

SZEROKOŚĆ PASMA

Jest to szerokość kanału komunikacji mierzona w hercach. Szerokość pasma wynik z różnicy między wyższą i niższą granicą częstotliwości kanału komunikacyjnego.

Pasmem przesyłana jest maksymalna ilość danych, które mogą być przesłane za pomocą określonego nośnika.

ZNACZENIE ODLEGŁOŚCI

Potencjalna szerokość pasma każdego typu nośnika ograniczona jest zarówno przez częstotliwość, jak i przez odległość, które nośnik ten potrafi obsługiwać. Odległość jest czynnikiem krytycznym z kilku powodów. Po pierwsze, im większa odległość, tym więcej czasu upływa zanim sygnał dotrze do swego miejsca przeznaczenia. Po drugie, większa odległość zwiększa również rozpraszanie sygnału, czego efektem jest powolne, ale nieuchronne zmniejszanie siły sygnału. W końcu osiąga ona poziom minimalny, poniżej którego sygnał staje się niezrozumiały dla jego odbiorcy. Ta forma pogarszania się jakości sygnału znana jest jako tłumienie.

TŁUMIENIE

Jednym z ubocznych skutków przesyłania prądu elektrycznego, w której to postaci sygnały są przesyłane, jest powolne, lecz ciągłe zmniejszanie siły sygnału. Prócz stałego oddawania energii w postaci promieniowania, energia sygnału zużywana jest również na przemieszczanie go w nośniku. Sygnał jest falą elektromagnetyczną, która w miarę poruszania się w nośniku zużywa własną energię do pokonywania jego oporów. Wynikiem tego jest nieustanne osłabianie siły sygnału, bez zmiany jego kształtu. Im dłuższy kabel, tym więcej oporów sygnał musi pokonać na swojej drodze. Opory te wytłumiają (osłabiają) stopniowo sygnał, tak że po przebyciu pewnej drogi dane niesione przez ów sygnał przestają być czytelne dla odbiorcy. W związku z tym warstwa fizyczna określa szereg specyfikacji, których przestrzeganie gwarantuje, że takie sytuacje nie będą się zdarzać. Tłumienie nie stanowi problemu w sieciach, w których kable są na tyle krótkie, że siła sygnału jest wystarczająca do tego, by dotrzeć do wszystkich przyłączonych do sieci urządzeń. Jeśli wymagane są dłuższe kable, można na nich zamontować wzmacniaki. Wzmacniakiem jest każde urządzenie, które odbiera sygnał przychodzący, wzmacnia jego siłę, a następnie wysyła go dalej. Wzmacniaki mają również swoje słabe strony. Nie potrafią rozpoznawać, które z przychodzących danych i struktur ramek są uszkodzone, a tym samym nie potrafią przywrócić im postaci pierwotnej. Wszelkie błędy i zniekształcenia otrzymane przez wzmacniak są przez niego wzmacniane.

Tłumienność jednostkową pary symetrycznej określa przydatność linii do przekazów transmisyjnych z większą szybkością. Na nieliniową zależność tłumienności w funkcji częstotliwości zasadniczy wpływ ma średnica żył miedzianych i rodzaj użytej izolacji kabla. Korzystniejsze charakterystyki mają pary o większej średnicy żył, niestety stosunkowo rzadko spotykane w instalacji rozdzielczej.

ZNIEKSZTAŁCENIE

Z kolei zniekształcenie polega na niepożądanej zmianie kształtu sygnału, zachodzącej podczas jego transmisji. Mimo zniekształcenia strumień danych przesyłany jest do protokołów warstwy łącza danych. Protokoły te rozpoznają zniekształcenia i informują nadawcę o uszkodzonej ramce i potrzebie ponownego jej przesłania. Taki sposób zniekształceń nazywany jest sposobem biernym.

Jednym z rodzajów zniekształceń jest przesłuch (przenik) (ang. crosstalk). Przesłuch polega na niepożądanym przedostawaniu się sygnałów z jednego przewodu do drugiego, umieszczonego w tej samej osłonce (skrętka dwużyłowa).

W telekomunikacji rozróżnia się dwa rodzaje przesłuchów:

• przesłuch zbliżny NEXT (Near End Crosstalk)

• przesłuch daleki FEXT (Far End Crosstalk), zwany również zdalnym.

Z punktu widzenia jakości transmisji bardziej szkodliwy jest przesłuch zbliżny NEXT, gdyż zakłócający wpływ przesłuch zdalnego FEXT jest osłabiony tłumiennością kabla telekomunikacyjnego.

Przenik zbliżny NEXT pojawia się w przypadku, gdy pasma nadawanych i odbieranych sygnałów przesyłanych przez kabel w różnych kierunkach wzajemnie pokrywają się, co zwykle ma miejsce podczas transportu sygnałów przez różne pary kabla UTP. Zakłócenia typu NEXT są więc wprost proporcjonalne do poziomu sygnału nadajnika innej pary przewodów umieszczonej w tej samej wiązce. Stosując odpowiednią technikę kompensacji echa można zmniejszyć wpływ przeniku zbliżnego, jednak całkowita eliminacja NEXT jest możliwa jedynie w przypadku zastosowania różnych pasm częstotliwości dla obu kierunków transmisji.

Wpływ przeniku zdalnego FEXT pojawia się wówczas, gdy dwa różne sygnały (lub więcej) o wzajemnie pokrywającym się widmie częstotliwości są przesyłane w tym samym kierunku z wykorzystaniem odrębnych par przewodów kablowych (rys.4). Wartość przeniku zdalnego silnie zależy od konstrukcji i wykorzystania skrętek w torze kablowym, zmienności przekrojów żył, istnienia rozgałęzień w torze kablowym oraz techniki rozprowadzania par przewodów infrastruktury telekomunikacyjnej na obszarach o dużej gęstości abonentów.

ZAPOBIEGANIE ZAKŁÓCENIOM

Istnieje kilka sposobów aktywnego zapobiegania zakłóceniom:

• Ścisłe przestrzeganie wszelkich zasad instalacji, które zostały załączone razem z nośnikiem. Używać należy odpowiedniej jakości przewodów i upewnić się, że zostały one zainstalowane i zakończone ("terminowane") zgodnie z zaleceniami producenta. Należy też zwrócić uwagę na to, aby długość kabli nie przekraczała ustalonych limitów.

• Rozpoznawanie potencjalnych przyczyn zakłóceń oraz prowadzenie kabli z dala od ich źródeł.

• Używanie protokołów, które zdolne są do rozpoznawania i automatycznego korygowania wszelkich ewentualnych błędów transmisji.

• Mniejsze zakłócenia sygnału mogą zostać usunięte za pomocą urządzenia, które zamiast sygnał powtarzać, regeneruje go. Przykładem urządzenia powtarzającego uszkodzone sygnały jest prosty wzmacniak. Wzmacnia i powtarza otrzymany sygnał, niezależnie od tego, czy jest on poprawny, czy zniekształcony.

• Inaczej działa router, który jest urządzeniem inteligentnym potrafiącym wykorzystać zasady logiki do przetwarzania każdego pakietu. Jeśli struktura nagłówka pakietu została uszkodzona podczas przesyłania, nie będzie mógł pakietu tego przesłać dalej. Z powodu braku trasy dla pakietów uszkodzonych, są one przez router usuwane, przy czym pozostawiany jest protokół kontroli hosta-nadawcy w celu rozpoznania uszkodzenia i przeprowadzenia ponownej transmisji pakietu.

• Jeśli natomiast pakiet jest otrzymany w stanie nieuszkodzonym i opatrzony jest adresem, który router potrafi rozpoznać, trasowany (kierowany) jest on dalej. Trasowanie polega na wyszukaniu w tablicy tras adresu docelowego w celu określenia zarówno następnego hopu (przejście pakietu przez jeden router to jeden hop), jak i co ważniejsze interfejsu, z którego pakiet powinien zostać wysłany. Następnie pakiet jest wysyłany. Routery regenerują przy tym pakiety, nie poprzestając wyłącznie na ich wzmacnianiu. Routery działają w warstwie 3 modelu referencyjnego OSI. W związku z tym otrzymują i wysyłają pakiety, a nie ramki. Ramki są strukturami właściwymi dla warstwy 2, warstwy łącza danych.

NOŚNIKI TRANSMISJI FIZYCZNEJ

Na nośniki transmisji składają się wszelkie sposoby przesyłania sygnałów generowanych przez mechanizmy warstwy 1 modelu OSI. Ze względu na tę definicję nośniki można podzielić na materialne i niematerialne.

Materialnymi nośnikami transmisji są:

KABEL KONCENTRYCZNY - często nazywany „koncentrykiem”, składa się z dwóch koncentrycznych (współosiowych) przewodów.

Najczęściej spotykany rodzaj kabla koncentrycznego składa się z pojedynczego przewodu miedzianego biegnącego w materiale izolacyjnym. Izolator (dielektryk) jest okolony innym cylindrycznie biegnącym przewodnikiem, którym może być przewód lity lub pleciony, otoczony z kolei następną warstwą izolacyjną. Całość osłonięta jest koszulką ochronną z polichlorku winylu (PCW) lub teflonu.

Rodzaje kabli koncentrycznych:

1. Ethernet cienki RG-58 (zwany inaczej cienkim koncentrykiem). Jego podstawowe parametry to:

• impedancja falowa 50 omów,

• grubość 0,5 cm,

• przepustowość 10 Mb/s.

Cienki Ethernet składa się z pojedynczego, centralnego przewodu miedzianego, otoczonego warstwą izolacyjną. Jest to kabel ekranowany, a więc odporny na zakłócenia. W celu osłony przesyłanych informacji przed wpływem pól elektromagnetycznych, jako ekran stosuje się cienką siatkę miedzianą. Maksymalna długość jednego segmentu sieci realizowanej na cienkim koncentryku wynosi 185 metrów. Nie jest to odległość między poszczególnymi komputerami, lecz pomiędzy jednym a drugim końcem sieci.

Interfejs międzynośnikowy sieci Ethernet, oparty na cienkim koncentryku: 10Base2.

Na końcach kabla należy zainstalować złącze koncentryczne BNC.

2. Ethernet gruby, zwany grubym koncentrykiem lub kablem żółtym ze względu na to, że najczęściej ma żółtylub pomarańczowy kolor. Jego podstawowe parametry to:

• impedancja falowa 50 omów,

• grubość 1 cm,

• przepustowość 10 Mb/s.

Gruby Ethernet składa się z pojedynczego, centralnego przewodu otoczonego warstwą izolacyjną, a następnie ekranującą siateczką oraz zewnętrzną izolacją. Maksymalna długość jednego segmentu sieci realizowanej na grubym koncentryku wynosi 500 metrów.

Interfejs międzynośnikowy sieci Ethernet, oparty na cienkim koncentryku: 10Base5.

Na końcach kabla należy zainstalować złącze koncentryczne typu N.

Zalety kabli koncentrycznych:

• obsługują komunikację w pasmach o dużej szerokości bez potrzeby instalowania wzmacniaków.

Wady kabli koncentrycznych:

• wrażliwa struktura: nie znosi ostrych zakrętów, ani nawet łagodnie przykładanej siły gniotącej,

• koszt i rozmiar: okablowanie koncentryczne jest droższe niż skrętka dwużyłowa, ze względu na bardziej złożoną budowę; każdy koncentryk ma też co najmniej 1 cm średnicy, w związku z tym zużywa on olbrzymią ilość miejsca w kanałach i torowiskach kablowych.

Dziś zastosowanie koncentryków ogranicza się do przesyłania sygnałów szerokopasmowej telewizji kablowej jej abonentom.

Instalacja złącznika BNC na kablu:

Standardowy obciskowy złącznik BNC składa się z trzech części: korpusu, wewnętrznego sworznia oraz tulejki (patrz Rysunek 1). Te części składowe mogą być niewymienialne pomiędzy różnymi typami i modelami złączników, więc lepiej nie mieszać części pochodzących od różnych złączników. Należy się również upewnić, że stosowany złącznik jest odpowiedni do używanego typu kabla koncentrycznego.

Rysunek 1. Części złącznika BNC

Aby zainstalować złącznik, należy postępować według następujących punktów:

• Nasuń tulejkę na koniec kabla (patrz Rysunek 2).

Rysunek 2. Kabel koncentryczny z tulejką

• Zdejmij wierzchnią izolację z końca kabla o długości nieco ponad 1 cm, usuń siatkę lub folię ekranującą z nieco ponad 0,5 cm kabla i zdejmij wewnętrzną izolację z trochę krótszego odcinka kabla (patrz Rysunek 3). Przy pomocy dobrego, trójostrzowego urządzenia do zdejmowania izolacji oraz odrobiny praktyki można te czynności wykonać za jednym razem.

• Wewnętrzne żyłki kabla powinny być ciasno razem skręcone i nie postrzępione. Nasuń centralny sworzeń na wewnętrzną, przewodzącą część kabla (patrz Rysunek 4). Upewnij się, że wszystkie żyłki wewnętrznego przewodu są wewnątrz środkowego sworznia złącznika (w razie potrzeby posłuż się szkłem powiększającym). Sworzeń powinien dochodzić aż do izolacji otaczającej wewnętrzny przewód kabla. Jeśli tak nie jest, centralny przewód wystaje za daleko lub sworzeń jest wadliwy.

Rysunek 3. Kabel koncentryczny ze zdjętą izolacją

Rysunek 4. Centralny sworzeń zainstalowany na kablu

• Zaciśnij sworzeń na wewnętrznym przewodzie kabla przy pomocy szczypiec. Upewnij się, że żadne części przewodu nie wystają na zewnątrz.

Rysunek 5. Zainstalowany korpus złącznika

• Zainstaluj korpus złącznika tak, aby wystający rękaw wszedł pomiędzy wewnętrzną izolację a siatkę lub folię ekranującą. Wewnętrzny sworzeń powinien trafić w otwór w korpusie złącznika (patrz Rysunek 5).

Rysunek 6. Prawidłowo ustawiona tulejka

• Nasuń tulejkę tak aby ściśle przylegała do korpusu złącznika (zobacz Rysunek 6). Żaden kawałek przewodu ekranującego nie powinien wystawać pomiędzy korpusem złącznika a tulejką.

Rysunek 7. Prawidłowo obciśnięta tulejka

• Ustaw szczypce obciskowe na tulejce i zaciśnij tulejkę na kablu i złączniku. Ściśnij szczypce tak mocno, jak to możliwe (patrz Rysunek 7).

SKRĘTKA DWUŻYŁOWA - okablowanie skrętką dwużyłową, od dawna używane do obsługi połączeń głosowych, stało się standardową technologią używaną w sieciach LAN. Skrętka dwużyłowa składa się z dwóch dość cienkich przewodów. Przewody pokryte są cienką warstwą polichlorku winylu (PCW) i splecione razem. Skręcenie przewodów razem równoważy promieniowanie, na jakie wystawiony jest każdy z dwóch przewodów znosząc w ten sposób zakłócenia elektromagnetyczne (nazywane EMI), które inaczej przedostawałyby się do przewodnika miedzianego. W ten sposób zmniejsza się powierzchnia pętli utworzonej przez obwód i zarazem oddziaływanie indukcji elektromagnetycznej na obwód. Grubość (czyli średnica) przewodu wpływa bezpośrednio na jego sprawność. Większa średnica przewodu oznacza szersze potencjalne pasmo komunikacji i większą długość maksymalną kabla. Niestety, w miarę wzrostu szerokości pasma ze wzrostem średnicy przewodu wzrastają również jego właściwości tłumienia. Nie można więc stosować kabli o dowolnej średnicy i długości, lecz takie, które umożliwiają zachowanie równowagi między szerokością pasma i długością przewodu. Określanie tej równowagi jest jednym z ważniejszych punktów specyfikacji warstwy fizycznej. Specyfikacja nie precyzuje, w jaki sposób kabel ma być prowadzony, lecz określa jego grubość, rodzaje terminatorów (oporników ograniczających), maksymalne długości kabla i szerokość jego pasma.

Rodzaje skrętki dwużyłowej:

1. Ekranowana skrętka dwużyłowa - (ang. STP - Shielded Twisted Pair) ma dodatkową warstwę folii metalowej oplatającej przewody. Taki ekran osłonowy znajduje się bezpośrednio pod powierzchnią koszulki kabla (pokrycie ochronne jest lepszej jakości). Powodem wprowadzenia ekranowania była potrzeba użycia skrętek dwużyłowych w środowiskach podatnych na zakłócenia elektromagnetyczne i zakłócenia częstotliwościami radiowymi. W praktyce przeszkadza to jednak skrętce w poprawnym funkcjonowaniu. Podczas przesyłania sygnału przewodem miedzianym wytwarzane jest bowiem promieniowanie elektromagnetyczne. Ekranowanie przewodu za pomocą metalowej osłony chroni przed promieniowaniem zewnętrznym. Zatrzymuje ono niestety promieniowanie indukowane, czyli wytwarzane przez ten przewód podczas przesyłania nim sygnału. Zamiast więc rozchodzić się normalnie (na zewnątrz przewodu), promieniowanie to zostaje odbite przez ekran i skierowane z powrotem do przewodu miedzianego, co może, z dużym prawdopodobieństwem, powodować uszkodzenie sygnału. Ekranowanie jest niezbędne do pomyślnego przesyłania sygnałów kablami biegnącymi na wprost, w których sygnały przewodzone są jednym przewodnikiem (kabel koncentryczny), ale dla skrętek jest ono częściej szkodliwe niż korzystne. Tym bardziej, że skrętka dwużyłowa korzysta z mechanizmu korekcji błędów polegającego na wzajemnym znoszeniu się wszelkiego rodzaju indukowanych zakłóceń. Bardzo ważne jest dokładne i obustronne uziemienie ekranu. Bez niego kabel ekranowany może nawet pogorszyć parametry obwodu i wprowadzić dodatkowe zakłócenia. Maksymalna długość połączeń dla STP to 250 metrów.

Rodzaje ekranowań i typy kabli:

• STP - Shield Twisted Pair: cały kabel, składający się z 4 skrętek jest w metalowym, plecionym ekranie;

• FTP - Foil shield Twisted Pair: cały kabel okręcony jest na całej długości metalowa tasiemką, (do 62,5 MHz);

• SFTP - cały kabel ekranowany jest metalowa tasiemka i dodatkowo plecionka, (do 100 MHz);

• S/STP - każda ze skrętek w kablu jest otoczona swoją plecionką i dodatkowo, cały kabel jest w metalowej plecionce, (do 300 MHz);

• F/STP - każda ze skrętek w kablu jest otoczona swoją plecionką i dodatkowo, cały kabel ekranowany jest metalowa tasiemka (do 300 MHz).

2. Nieekranowana skrętka dwużyłowa - najpopularniejszym i najtańszym środkiem transmisji jest nieekranowany kabel skręcany (ang. UTP - Unshielded Twisted Pair). Składa się z jednej lub więcej par przewodu miedzianego otoczonych wspólną osłonę izolacyjną. Istnieją trzy rodzaje nie ekranowanego kabla skręcanego: zgodny ze specyfikacją DIW firmy AT&T, zgodny ze specyfikacją 10 BASE T, zgodny ze specyfikacją Type 3 firmy IBM. Rodzaje te różnią się ilością posiadanych par przewodów. Maksymalna długość połączeń dla UTP to 100 metrów. Również skrętka dwużyłowa UTP dostępna jest w wielu wersjach różniących się formą, rozmiarem oraz jakością. Rozmiar dotyczy liczby par połączonych razem w jedną wiązkę. Rozmiarem standardowym okablowania sieci LAN 10BASE-T jest kabel czteroparowy, czyli ośmiożyłowy. Na końcach kabla należy zainstalować złączniki typu RJ-45.

Przewody ośmiożyłowej skrętki nieekranowanej podzielone są na cztery grupy po dwa przewody. Każda para składa się z przewodu dodatniego i ujemnego i jest skręcona ze sobą, a oznaczenie polega na tym, że kolor jednego przewodu jest jednolity, a drugi dodatkowo oznaczony kolorem białym. Przewody nazywane są też wyprowadzeniami. Wyprowadzenia wykorzystuje się parami. Na przykład, jedna para wyprowadzeń obsługuje tylko wysyłanie, a inna tylko odbieranie sygnałów. Pozostałe wyprowadzenia w większości sieci lokalnych nie są używane (chyba że w sieciach z prędkościami 100 Mb/s i większymi, gdzie wykorzystuje się wszystkie osiem przewodów skrętki).

Zalety nieekranowanej skrętki dwużyłowej:

• jest najtańszym medium transmisji,

• jest akceptowana przez wiele rodzajów sieci,

• łatwa instalacja (standardowo instalowany w nowych budynkach),

• łatwość ułożenia kabla i łączenia urządzeń.

Wady nieekranowanej skrętki dwużyłowej:

• niska prędkość transmisji,

• ograniczona długość odcinków kabla z uwagi na małą odporność na zakłócenia,

• większe straty sygnału.

Kategorie wydajności

Okablowanie skrętką dwużyłową jest towarem handlowym. Oczekiwać można od niego w miarę niezmiennych właściwości - niezależnie od tego, kto jest jego producentem. Jest to możliwe dzięki pewnej normalizacji, która zaszła i stale zachodzi w przemyśle telekomunikacyjnym. Co ciekawe, standardów dotyczących skrętki dwużyłowej nie wprowadziła żadna konkretna organizacja, lecz powstały one w wyniku luźnej współpracy ANSI, FCC, EIA oraz wielu innych organizacji standardo-dawczych. Dziś standardy te dotyczą nie tylko okablowania jako całości, lecz nawet jego elementów, takich jak terminatory. Skrętka dwużyłowa najlepiej określana jest za pomocą kategorii wydajności. Kategorie te definiowane są nie przez standardy fizyczne, lecz przez wydajność z jaką działają. Pierwotnie istniała seria pięciu testów, które decydowały o zaszeregowaniu skrętki do odpowiedniej kategorii. Ponumerowane były od 1 do 5, a kabel, który spełnił ich wymagania, mógł być oznaczony jako kabel kategorii x (ang. Category x lub CAT-x), gdzie x jest numerem najwyższego pomyślnie złożonego testu. Dwie z owych pięciu kategorii okazały się najbardziej popularne wśród użytkowników - były to kategoria 3 i 5. Kategorie 1 (kabel telefoniczny) i 2 zostały oficjalnie uznane za przestarzałe w roku 1995. Kategoria 4 oferuje pośredni (pomiędzy 3 i 5) poziom wydajności, ale rzadko kiedy jest stosowana. Skrętki kolejnych kategorii różnią się między sobą głównie: precyzją wykonania przewodów (stała na całej długości średnica żyły miedzianej, stała średnica izolacji, idealnie wycentrowana żyła w izolacji), materiałem izolacyjnym, o coraz to lepszych właściwościach elektrycznych i mechanicznych, stałym i dokładnie kontrolowanych skokiem skrętu przewodów w parze. Kategoria 3 UTP (sieć 10Base-T) oferuje pasmo o szerokości 16 Mhz, które umożliwia przesyłanie sygnałów z prędkością do 10 Mb/s na odległość maksymalną 100 metrów. Kategoria 4 obsługuje pasmo o szerokości 20 Mhz (prędkość do 16 Mb/s), a kategoria 5 (sieć 100Base-TX) o szerokości 100 Mhz (prędkość 100 Mb/s). Szerokości pasm informują, dlaczego kategoria 4 nie zyskała dużej popularności wśród użytkowników. Była mianowicie postrzegana jako oferująca zbyt mały wzrost wydajności w stosunku do kategorii 3. Jeżeli bowiem komuś nie wystarczała szerokość pasma oferowana przez kategorię 3, to nie wystarczała mu też z pewnością kategoria 4, lecz dopiero 5.

KATEGORIE KABLI MIEDZIANYCH
wg amerykańskiej normy EIA/TIA 668A	wg. europejskiej normy EN 50171
kategoria 1 - tradycyjna nieekranowana skrętka tele­foniczna, przeznaczona do przesyłania głosu (20 kb/s) i nie przystosowana do transmisji danych	klasa A - realizacja usług telefonicznych z pasmem częstotliwości do 100 kHz
kategoria 2 - nieekranowana skrętka, szybkość transmisji do 1 MHz. Kabel ma zwykle 2 pary skręconych przewodów	klasa B - okablowanie dla aplikacji głosowych i usług terminalowych z pasmem częstotliwości do 1 MHz
kategoria 3 - skrętka o szybkości transmisji do 10 MHz, stosowana w sieciach Token Ring (4 Mb/s) oraz Ethernet l0Base-T (10 Mb/s). Kabel zawiera zwykle 4 pary skręconych przewodów	klasa C (kategoria 3) - obejmuje typowe techniki sieci LAN wykorzystujące pasmo częstotliwości do 16 MHz
kategoria 4 (klasa C) -skrętka działająca z szybkością do 16 MHz, najniższa kategoria kabli nadających się do sieci Token Ring. Kabel jest zbudowany z 4 par przewodów
kategoria 5 (klasa D) - skrętka z dopasowaniem rezystancyjnym 100 ohm, pozwalająca na transmisję danych z szybkością 100 MHz (pod warunkiem poprawnej instalacji kabla, zgodnie z wymaganiami okablowania strukturalnego) na odległość do 100 metrów	klasa D (kategoria 5) - dla szybkich sieci lokalnych, obejmuje aplikacje wykorzystujące pasmo częstotliwości do 100 MHz
kategoria 6 (klasa E), umożliwiająca transmisję z częstotliwością do 250 MHz	klasa E (kategoria 6) - stanowi najnowsze (1999 r.) rozszerzenie ISO/IEC11801/TlA i obejmuje okablowanie, którego parametry są określone do częstotliwości 250 MHz (dla aplikacji wymagających 200 Mb/s). Przewiduje się implementację Gigabit Ethernetu (4x 250 MHz = 1 GHz) i transmisji ATM 622 Mb/s
kategoria 7 (klasa F) z transmisją o szybkości do 600 MHz	klasa F (kategoria 7) - możliwa jest realizacja aplikacji wykorzystujących pasmo do 600 MHz. Różni się ona od poprzednich klas stosowaniem kabli typu STP (każda para w ekranie plus ekran obejmujący cztery pary) łączonych ekranowanymi złączami. Zakończenie prac nad standardem jest przewidywane na lata 2000-2001. Dla tej klasy okablowania będzie możliwa realizacja systemów transmisji danych z prędkościami znacznie przekraczającymi 1Gb/s

Instalacja złączników modularnych:

Aby zainstalować złącznik modularny należy:

• Przyciąć koniec kabla;

• Zdjąć około 0,5 cm zewnętrznej izolacji z kabla przy instalowaniu do dwu-, cztero- i sześcioliniowych złączników (RJ-11), a ok. 1 cm przy instalowaniu do ośmioliniowych złączników (RJ-45). Nie należy zdejmować izolacji z poszczególnych przewodów;

• Wetknąć kabel do wtyczki tak aby kable dotykały dna;

• Wstawić złącznik do szczypiec obciskowych, przytrzymując przewody tak, aby były głęboko wewnątrz złącznika;

• Ścisnąć szczypce. Niektóre droższe typy szczypiec stosują mechanizm zapadkowy powodujący zwolnienie uścisku, kiedy połączenie jest gotowe;

• Otworzyć szczypce i wyjąć złącznik. Przy niektórych typach szczypiec konieczne może być wciśnięcie klapki blokującej na złączniku, aby umożliwić wyjęcie złącznika;

• Sprawdzić, czy końcówki kabla zostały w pełni dociśnięte, czy ściśnięta część plastikowej obudowy złącznika obejmuje zewnętrzną izolację kabla, oraz czy polaryzacja jest prawidłowa.

A teraz wyjaśnienie najważniejsze, mianowicie jak ułożyć przewody skrętki w końcówce. Wewnątrz skrętki znajdują się cztery pary przewodów różnych kolorów. Każda para przewodów jest skręcona ze sobą, a oznaczenie polega na tym, że kolor jednego przewodu jest jednolity, a drugi dodatkowo oznaczony kolorem białym. Zalecana kolejność to:

Sekwencja połączeń T568A (preferowana): biało-zielony zielono-biały biało-pomarańczowy niebiesko-biały biało-niebieski pomarańczowo-biały biało-brązowy brązowo-biały

Sekwencja połączeń T568B (opcjonalna): biało-pomarańczowy pomarańczowo-biały biało-zielony niebiesko-biały biało-niebieski zielono-biały biało-brązowy brązowo-biały

KABEL ŚWIATŁOWODOWY - przenoszą wyższe częstotliwości spektrum elektromagnetycznego, czyli światło. Dostępne są w różnych rozmiarach i kształtach, ale posiadają trzy stałe atrybuty:

• w osi centralnej biegnie dużej czystości nośnik optyczny

• światłowód jest bezpieczny - nie ma sygnału elektrycznego, nie można się „podłączyć” do światłowodu

• nośnik optyczny, jakim jest włókno szklane, pokryty jest koncentryczną warstwą plastiku.

W światłowodach do transmisji informacji wykorzystywana jest wiązka światła, która jest odpowiednikiem prądu w innych kablach. Wiązka ta jest modulowana zgodnie z treścią  przekazywanych informacji. To rozwiązanie otworzyło nowe możliwości w dziedzinie tworzenia szybkich i niezawodnych sieci komputerowych. Właściwie dobrany kabel może przebiegać w każdym środowisku. Szybkość transmisji może wynosić nawet 3 Tb/s.

Nośnikiem najczęściej jest szkło lub plastik.

Światłowód wykonany ze szkła kwarcowego, składa się z rdzenia (złożonego z jednego lub wielu włókien), okrywającego go płaszcza oraz warstwy ochronnej. Dielektryczny kanał informatyczny eliminuje konieczność ekranowania.

Typowy kabel światłowodowy ma średnicę 62,5 µm (mikronów). Włókna zwykle opisywane są za pomocą pary liczb. Np. oznaczenie włókna szklanego: 62,5/125. Pierwsza liczba podaje średnicę włókna w mikronach, druga wyraża średnicę warstwy plastiku ochronnego.

Kable światłowodowe wykorzystywane są parami - jeden służy do wysyłania sygnałów, drugi do ich odbioru.

Podział transmisji światłowodowych

Transmisja światłowodowa polega na przepuszczeniu przez szklane włókno wiązki światła generowanej przez diodę lub laser. Wiązka ta to zakodowana informacja binarna, rozkodowywana następnie przez fotodekoder na końcu kabla. Światłowód w przeciwieństwie do kabli miedzianych, nie wytwarza pola elektromagnetycznego, co uniemożliwia podsłuch transmisji.

Ze względu na rozpraszanie światła można wyróżnić światłowody wielomodowe i jednomodowe.

Światłowody wielomodowe przesyłają wiele modów (fal) o różnej długości, co powoduje rozmycie impulsu wyjściowego i ogranicza szybkość lub odległość transmisji. Źródłem światła jest tu dioda LED (ang. Light Emitting Diode). Światło wysyłane przez diody jest rozproszone. Rozpraszanie przesyłanej wiązki powoduje, że niektóre z jej promieni odbijają się od szklanej ściany nośnika (wielokrotne odbicie). Kable wielomodowe są dłuższe od kabli systemu jednmomodowego.

Światłowody jednomodowe są efektywniejsze i pozwalają transmitować dane na odległość 100 km bez wzmacniacza. Jednak ze względu na wysoki koszt interfejsów przyłączeniowych jest to bardzo drogie rozwiązanie. Źródłem światła jest tu iniekcyjna dioda laserowa ILD - czyli laser.

Sygnał nie ulega rozproszeniu ani odbiciom. Włókna mają zwykle od 5 do 10 µm i są otoczone ochronnym wypełnieniem o średnicy 125 µm.

MOD - rodzaj fali elektromagnetycznej; jest to ścieżka którą światło podąża przez włókno

MIKRONY - mikrometry, milionowe części metra (µ);

wielomodowe włókna: 62,5/125 µm, 50/125 µm;

jednomodowe włókna: 8-10/125 µm, standard 10/125 µm;

ludzki włos: 100 µm.

Złącza światłowodowe

W zależności od typu kabla używane są różne rodzaje złączy światłowodowych. Najczęściej stosowane złącza to złącza typu ST i SC.

Złącze ST jest przeznaczone do użycia z osprzętem 10BaseFL. Złącze ST wywodzi się ze złączy bagnetowych, w których elementem mocującym był zewnętrzny pierścień wtyku. Gniazdo ST ma tuleję z wypustkami, do której wkłada się wtyk bagnetowy. Aby go zamocować, dopasowujemy otwory w zewnętrznym pierścieniu wtyku i po wetknięciu przekręcamy pierścień.

Wtyki ST

Złącze SC jest przeznaczone do użycia z osprzętem 100BaseFX i 1000BaseX. Złącze SC jest projektowane z myślą o prostocie obsługi; wtyk wciska się w gniazdko i automatycznie w nim się zatrzaskuje, zestawiając połączenie.

Wtyki SC

Nowe złącze nazywane MT-RJ ma małe wymiary i budowę kompaktową. Standard zaleca użycie złącza światłowodowego zarówno dla segmentu medium światłowodowego 1000BaseSX, jak i dla 1000BaseLX. Złącze MT-RJ łączy dwa włókna, wykorzystując taką samą ilość miejsca, jak zwykłe łącze RJ-45.

Wtyk MT-RJ

Światłowody są z pewnością przyszłością informatyki i telekomunikacji. Są akceptowane przez większość technologii sieciowych. Umożliwiają  stosowanie wielu protokołów jednocześnie, co zapewnia wysokoefektywny transfer danych, przepływ danych jest zabezpieczony przed niepowołanym dostępem - nie wytwarzają  własnego pola magnetycznego w związku, z czym niemożliwe jest podsłuchanie transmisji., długość światłowodu jest praktycznie nieograniczona - zależy wyłącznie od parametrów tłumienościowych kabla (dla kabli jednomodowych),  w porównaniu do innych kabli światłowody zapewniają minimalne   straty sygnału. Ich  żywotność wynosi 25 lat.

Do wad zaliczyć należy złożoność instalacji - wymagane jest stosowanie kosztownych, specjalistycznych narzędzi oraz bardzo wysoką cenę nie tyle samego kabla, co urządzeń dostępowych i montażowych. Dołączenie nowego urządzenia wymaga wyższych kwalifikacji.

Ten typ medium transmisyjnego stosuje się w dużych sieciach lokalnych i metropolitarnych, wymagających długich odcinków połączeniowych, w środowiskach o średnim i dużym poziomie zakłóceń elektromagnetycznych  oraz w połączeniach wymagających wysokiej niezawodności, np. serwerów do sieci.

Zalety światłowodu:

1. Ogromna pojemność informacyjna pojedynczego włókna.

2. Małe straty - zdolność przesyłania sygnałów na znaczne odległości.

3. Całkowita niewrażliwość na zakłócenia i przesłuchy elektromagnetyczne.

4. Mała waga.

5. Małe wymiary.

6. Bezpieczeństwo pracy (brak iskrzenia).

7. Utrudniony (prawie niemożliwy) podsłuch przesyłanych danych.

8. Względnie niski koszt (i ciągle spada).

9. Duża niezawodność (poprawnie zainstalowanych łączy światłowodowych).

10. Prostota obsługi.

+

0

-

Jeden Hertz

Jedna długość fali

---