Прямой и перекрестный кабели UTP

Для двух устройств, чтобы осуществлять передачу через кабель, который непосредственно их соединяет, терминал передачи одного устройства должен быть соединен с терминалом получения другого устройства.

Кабель должен быть обжат так, что контакт передачи, Tx, беря сигнал от устройства А на одном конце, соединялся проводом с контактом получения, Rx, на устройстве B. Точно так же контакт Tx устройства В должен быть соединен с контактом Rx устройства А. Если контакт Tx на устройстве имеет номер 1, а контакт Rx имеет номер 2, кабель соединяет контакт 1 на одном конце с контактом 2 на другом конце. Эти «перекрестные» соединения контактов дают этому типу кабеля его название — перекрестный кабель.

Чтобы получить этот тип соединения с UTP кабелем, один конец должен быть обжат согласно расположению контактов EIA/TIA T568A, а другой конец должен быть обжат согласно схеме T568B.

Чтобы подвести итог, перекрестные кабели непосредственно соединяют следующие устройства в LAN:

• Коммутатор с коммутатором

• Коммутатор с концентратором

• Концентратор с концентратором

• Маршрутизатор с маршрутизатором (соединение портов Ethernet)

• Компьютер с компьютером

• Компьютер к портом Ethernet маршрутизатора

На рисунке идентифицируйте используемый тип кабеля, основываясь на соединяемых устройствах.

В качестве напоминания, ниже еще раз перечислено, когда какой кабель применяется:

Используйте прямой кабель для того, чтобы соединить:

• Коммутатор с маршрутизатором

• Компьютер с коммутатором

• Компьютер с концентратором

Используйте перекрестный кабель для того, чтобы соединить:

• Коммутатор с коммутатором

• Коммутатор с концентратором

• Концентратор с концентратором

• Маршрутизатор с маршрутизатором

• Компьютер с компьютером

• Компьютер с маршрутизатором

Выбор MDI/MDIX

Многие устройства позволяют порту UTP Ethernet быть установленным в MDI или MDIX. Это может быть сделано одним из трех способов, в зависимости от функций устройства:

1. На некоторых устройствах у портов может быть механизм, который электрически меняет пары передачи и получения. Порт может быть изменен с MDI на MDIX, применяя этот механизм.

2. Во время конфигурации некоторые устройства позволяют выбирать, как должен функционировать порт — как MDI, или как MDIX.

3. У многих более новых устройств есть автоматическая функция перекрещивания. Эта функция позволяет устройству обнаруживать необходимый тип кабеля и конфигурирует интерфейсы соответственно. На некоторых устройствах это автоматическое обнаружение выполняется по умолчанию. Другие устройства требуют команды конфигурирования интерфейса для того, чтобы включить автоматическое обнаружение MDIX.

Далее: Использование Справки CLI IOS

Смотрите также

Написать

Витая пара, прямой и перекрестный обжим

Витая пара — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой, покрытых пластиковой оболочкой. Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче сигналов.

Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи

соединителя 8P8C (RJ-45).

 

Витая пара, категории кабеля

Номер	Число пар	Полоса частот	Скорость передачи данных	Применение
CAT1	1	0,1 МГц	—	Телефонная сеть.
CAT2	2	1 МГц	—	Телефонная и локальная сеть (используется редко).
CAT3	4	16 МГц	10/100 Мбит/с	Телефонная и локальная сеть.
CAT4	4	20 МГц	16 Мбит/с	Локальная сеть (сейчас не используется).
CAT5	4	100 МГц	100 Мбит/с	Локальная сеть, прокладка телефонных линий.
CAT5e	4	125 МГц	100/1000 Мбит/с	Локальная сеть Ethernet (является самым распространённым). Ограничение на длину кабеля между устройствами компьютер-свитч, свитч-компьютер, свитч-свитч 100 м. Ограничение хаб-хаб 5 м.
CAT6	4	250 МГц	1000 Мбит/с	Локальная сеть Ethernet.
CAT6a	4	500 МГц	10/40 Гбит/с	Локальная сеть Ethernet.
CAT7	4	600-700 МГц	10 Гбит/с	Локальная сеть Ethernet. Благодаря двойному экрану длина кабеля может превышать 100 м.

 

 

Схемы прямого и перекрестного обжима витой пары, разъем 8P8C (RJ-45)

Прямой обжим

Применяется для соединения порта сетевой карты с сетевым оборудованием (свитч, хаб, маршрутизатор).

Обжим по стандарту EIA/TIA-568A.

Компьютер — свитч, компьютер — хаб, компьютер — маршрутизатор.

Обжим по стандарту EIA/TIA-568В (используется чаще).

Компьютер — свитч, компьютер — хаб, компьютер — маршрутизатор.

Перекрестный обжим

Используется для соединения двух сетевых карт напрямую.

Обжим для скорости 100/1000 Мбит/с, применяются стандарты EIA/TIA-568B и EIA/TIA-568A.

Компьютер — компьютер, свитч — свитч, хаб — хаб, маршрутизатор — маршрутизатор.

 

Инструмент для обжима витой пары

Для обжима витой пары используют специальный инструмент, который благодаря своей универсальности позволяет не только выполнить обжим коннектора (RJ-45), согласно цветовой схемы, но и подготовить кабель к обжиму: удалить изоляцию, обрезать проводники.

P.S. При монтаже кабеля витой пары должен выдерживаться минимально допустимый радиус изгиба (8 внешних диаметров кабеля) — сильный изгиб может привести к увеличению внешних наводок на сигнал или привести к разрушению оболочки или нарушению экрана кабеля.

Прямой или кроссовый кабель. Обжим витой пары кроссоверным способом

Для двух устройств, чтобы осуществлять передачу через кабель, который непосредственно их соединяет, терминал передачи одного устройства должен быть соединен с терминалом получения другого устройства.

Кабель должен быть обжат так, что контакт передачи, Tx, беря сигнал от устройства А на одном конце, соединялся проводом с контактом получения, Rx, на устройстве B. Точно так же контакт Tx устройства В должен быть соединен с контактом Rx устройства А. Если контакт Tx на устройстве имеет номер 1, а контакт Rx имеет номер 2, кабель соединяет контакт 1 на одном конце с контактом 2 на другом конце. Эти «перекрестные» соединения контактов дают этому типу кабеля его название — перекрестный кабель.

Чтобы получить этот тип соединения с UTP кабелем, один конец должен быть обжат согласно расположению контактов EIA/TIA T568A, а другой конец должен быть обжат согласно схеме T568B.

Чтобы подвести итог, перекрестные кабели непосредственно соединяют следующие устройства в LAN:

Коммутатор с коммутатором

Коммутатор с концентратором

Концентратор с концентратором

Маршрутизатор с маршрутизатором (соединение портов Ethernet)

Компьютер с компьютером

Компьютер к портом Ethernet маршрутизатора

На рисунке идентифицируйте используемый тип кабеля, основываясь на соединяемых устройствах.

В качестве напоминания, ниже еще раз перечислено, когда какой кабель применяется:

Используйте прямой кабель для того, чтобы соединить:

Коммутатор с маршрутизатором

Компьютер с коммутатором

Компьютер с концентратором

Используйте перекрестный кабель для того, чтобы соединить:

Коммутатор с коммутатором

Коммутатор с концентратором

Концентратор с концентратором

Маршрутизатор с маршрутизатором

Компьютер с компьютером

Компьютер с маршрутизатором

Выбор MDI/MDIX

Многие устройства позволяют порту UTP Ethernet быть установленным в MDI или MDIX. Это может быть сделано одним из трех способов, в зависимости от функций устройства:

1. На некоторых устройствах у портов может быть механизм, который электрически меняет пары передачи и получения. Порт может быть изменен с MDI на MDIX, применяя этот механизм.

2. Во время конфигурации некоторые устройства позволяют выбирать, как должен функционировать порт — как MDI, или как MDIX.

3. У многих более новых устройств есть автоматическая функция перекрещивания. Эта функция позволяет устройству обнаруживать необходимый тип кабеля и конфигурирует интерфейсы соответственно. На некоторых устройствах это автоматическое обнаружение выполняется по умолчанию. Другие устройства требуют команды конфигурирования интерфейса для того, чтобы включить автоматическое обнаружение MDIX.

В этой статье мы рассмотрим, как правильно и самостоятельно сделать обжим витой пары для подключения к интернету, а также сделать перекрестный (кроссоверный) кабель для объединения двух или более компьютеров между собой. Кроссоверный кабель может быть использован для прямого соединения двух компьютеров друг с другом без использования концентратора или коммутатора.

Как обжать витую пару?

Концы такого кабеля отличаются друг от друга, в то время как в обычной обжимке кабеля провода расположены одинаково. Их применение показано на рисунках ниже.

Использование обычного кабеля:

Использование кроссоверного кабеля:

Обычно в концентраторах (от англ. hub) используются MDIX порты. Это значит, что одна из функций концентратора – замена кроссоверного сетевого кабеля. При отсутствии концентратора (hub) или коммутатора (switch) ваш кабель должен сам выполнять функцию кроссовера.

Теперь, когда мы знаем, для чего нужны обычный и кроссоверный кабель, мы можем подробно рассмотреть обжим витой пары.

Вам потребуется:

Кабель. Вы можете взять уже готовый кабель, используемый ранее для и обрезать одну сторону для того, чтобы сделать кроссоверный кабель.

Разъемы RJ-45. кроссовер кабель обжимается модульным разъемом RJ-45 (RJ расшифровывается как «Registered Jack»). RJ-45 аналогичны по виду тем, которые вы можете увидеть на конце телефонного кабеля, за исключением того, что они

Кроссовый кабель и кабель Ethernet 2020

Кабель кроссовера и кабель Ethernet

Кабели Ethernet используются для соединения нескольких компьютеров с целью создания сети. Сеть может обслуживать различные виды использования, которые варьируются от подключения к Интернету через один модем или для обмена файлами и удаленного доступа к ресурсам. Помимо обычных Ethernet-кабелей есть также кроссоверные кабели, которые в основном представляют собой только кабели Ethernet, которые немного отличаются друг от друга.

Кабель Ethernet, который также известен как прямой кабель, подключен так, что контакт 1 на одном конце соединяется с контактом 1 на другом конце; то же самое с 7 оставшимися контактами. С помощью кроссового кабеля соединения не так просты. Штифт 1 подключен к контакту 3; контакт 2 подключен к контакту 6, контакт 4 подключен к контакту 7, а контакт 5 подключен к выходу 8.

Разная схема соединения выполняется для того, чтобы отводить линии передачи на одном конце с линиями приема на другом конце. Это полезно при использовании кабелей для подключения двух компьютеров без использования маршрутизаторов или коммутаторов. Если вы используете обычный Ethernet-кабель, связь не устанавливается, поскольку они будут передавать по тем же линиям. Кроссовый кабель делает это так, чтобы передаваемые сигналы с одного компьютера попадали на приемные датчики другого. Эти соединения называются ad-hoc-соединениями.

Большинство коммутаторов, концентраторов и маршрутизаторов в настоящее время имеют возможность определять, есть ли у вас прямой или перекрестный кабель и соответствующим образом отрегулированы. Поэтому, несмотря на то, что проводка отличается, вы все равно можете использовать кроссовый кабель в качестве обычного кабеля Ethernet для подключения компьютера к концентратору. Проблема возникает, когда вы пытаетесь использовать кроссоверный кабель со старыми коммутаторами. Некоторые из старых коммутаторов фиксируются на том, какие контакты предназначены для передачи, а какие — для приема. Эти переключатели будут работать с кроссоверами, но с обычными Ethernet-кабелями.

Резюме:

1. Кабель кроссовера — это тип кабеля Ethernet 2. Обычны

Как обжать витую пару. Прямой и перекрестный обжим (кроссовер)

Центр компьютерной помощи Compolife.ru представляет вашему вниманию видеоурок на тему «Как обжать витую пару. Прямой и перекрестный обжим (кроссовер)».

Если у вас по какой-то причине нет возможности посмотреть видеоурок, то вы можете ознакомиться с подробной текстовой инструкцией. Она дополнена изображениями с подробными комментариями.

После урока, вам не придется прибегать к услугам компьютерной помощи для того, чтобы обжать витую пару. Вы сможете сделать это самостоятельно.

Для работы нам понадобятся обжимные клещи, коннектор RJ-45 и сама витая пара.

Обжимные клещи

Часть 1. Прямой обжим витой пары

• Для начала снимем изоляцию с одного из концов витой пары. 2-3 сантиметра будет вполне достаточно.

Снимаем изоляцию с витой пары

• Под изоляцией находится 8 разноцветных проводов. Необходимо расположить их в определенном порядке: бело-оранжевый — оранжевый — бело-зеленый — синий — бело-синий — зеленый — бело-коричневый — коричневый.

Прямой обжим витой пары

• При прямом обжиме оба конца витой пары обжимаются одинаково. Прямой обжим используется для соединения между собой активного и пассивного сетевого оборудования, например, компьютера и маршрутизатора.
• После того, как удалось расположить все провода в нужном порядке, при помощи ножа в обжимных клещах подравниваем край.

Подравниваем края проводов

• В одну руку берем витую пару, а во вторую — коннектор RJ-45, располагая его защелкой вниз. Аккуратно вставляем провода в каналы коннектора. Контролируем, чтобы не нарушился порядок, и каждый провод оказался в своём канале коннектора.

Вставляем провода в коннектор RJ-45

• Плотно до конца вставляем провода в коннектор. Проверяем и контролируем расположение проводов в коннекторе со всех сторон.
• Вставляем коннектор RJ-45 в обжимные клещи и продвигаем до упора.

Вставляем коннектор в обжимные клещи

• С силой сжимаем рукоятку обжимных клещей.

Сжимаем рукоятку клещей

На этом прямой обжим витой пары завершен, и наш коннектор плотно закреплен на конце сетевого кабеля.

Теперь перейдем ко второй части нашего урока и расскажем, как сделать перекрестный обжим витой пары. Часто его называют кроссовер.

Часть 2. Перекрестный обжим витой пары (кроссовер)

Перекрестный обжим отличается от прямого тем, что провода необходимо расположить в другом порядке. Бело-оранжевый и оранжевый провода меняются местами с бело-зеленым и зеленым. Таким образом получаем следующий порядок: бело-зеленый — зеленый — бело-оранжевый — синий — бело-синий — оранжевый — бело-коричневый — коричневый.

Перекрестный обжим витой пары (кроссовер)

Чтобы сделать перекрестный кабель, один конец витой пары обжимается прямым обжимом, а второй кроссовером. Перекрестный обжим используется для соединения между собой однотипного сетевого оборудования, например, компьютера с компьютером или маршрутизатора с маршрутизатором.

• Для начала снимем изоляцию с конца витой пары. 2-3 сантиметра будет вполне достаточно.
• Далее необходимо расположить провода в нужном порядке.
• После этого при помощи ножа в обжимных клещах подравниваем край проводов.

Подравниваем край проводов

• В одной руку берем витую пару, а во вторую — коннектор RJ-45, располагая его защелкой вниз. Аккуратно вставляем провода в каналы коннектора.

Вставляем провода витой пары в коннектор RJ-45

• Контролируем, чтобы не нарушился порядок, и каждый провод оказался в своём канале коннектора. Плотно до конца вставляем провода в коннектор. Проверяем и контролируем расположение проводов в коннекторе со всех сторон.
• Вставляем коннектор в клещи и продвигаем до упора.
• С силой сжимаем рукоятку обжимных клещей.

Зажимаем коннектор RJ-45 в обжимных клещах

На этом перекрестный обжим витой пары завершен.

Если у Вас возникли какие-то сложности и не получается обжать витую пару самостоятельно, позвоните нам! Мы с радостью поможем. Кроме этого, решим любые проблемы связанные с установкой роутеров wifi или другого сетевого оборудования, ремонтом компьютеров и ноутбуков, установкой операционных систем и программного обеспечения.

Еще больше интересной и полезной информации

Комментарии (0)

Оставить комментарий

Сетевой кабель своими руками / Сети и коммуникации

Не важно, хотите ли вы создать маленькую домашнюю сеть или крупный сетевой проект в офисе, вам понадобится сетевой кабель. В большинстве случаев сейчас используют кабель пятой категории (Category 5) UTP — неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair), который поддерживает скорость передачи данных до 100 мегабит в секунду 100 Mb/s (Megabits per second). Я расскажу вам, как подготовить такой кабель самостоятельно.

Что вам понадобится

1. Кабель пятой категории (также его называют витая пара) вы можете приобрести в большинстве компьютерных фирм или компаний, которые занимаются сетями (системных интеграторов), или на радиоэлектронных рынках.

   На проводе лучше не экономить и купить качественный товар, чтобы избежать проблем с сетью из-за некачественного кабеля. Убедитесь при покупке, чтобы цветная кодировка внутренних жил кабеля легко распознавалась. Также обратите внимание на разницу между плотным прямым кабелем и мягким крученым кабелем.

   Жесткий и прямой кабель показывает, что каждая из восьми жил состоит из сплава меди. Этот тип кабеля используется для прокладки в стены и почти не гнется. Это предполагает, что вы не будете менять местоположение кабеля и переносить его. Он имеет лучшую проводимость, чем мягкий крученый кабель, что позволяет его прокладывать на более длинные дистанции.

   Второй тип кабеля также состоит из восьми многожильных проводов. Этот кабель очень легко гнется, его используют для небольших участков сети, где важна мобильность.

2. RJ-45 коннектор — продаются в упаковках по 50 и 100 штук. Можно купить поштучно, но это, как правило, дороже. Обратите внимание на тип коннектора: он должен подходить к вашему типу кабеля. Существуют два типа коннекторов RJ-45 для плотного кабеля (изображен на рисунке) и мягкого крученого кабеля. Используйте правильный коннектор, чтобы избежать проблем при обжиме и дальнейшем использовании кабеля.

3. Обжимной инструмент
   Пока это самый дорогой компонент в приготовлении нашего кабеля, цена колеблется от 15 до 50$ в зависимости от качества изготовления и функций. Но инструмент окупается после того как вы приготовите некоторое количество кабеля. Хорошая модель имеет пару ножниц для резки кабеля и лезвия для снятия изоляции, также не лишним является обжим коннекторов RJ-11.

Какой тип кабеля вам нужен?

Существуют два типа сетевого кабеля, обычно используемые в компьютерных сетях — Cross-over («нуль хабный») и Straight-through (прямо проходящий, использующий хаб).

Cross-over («нуль хабный») — используется для соединения двух компьютеров через сетевые карты, напрямую, т.е. не используется ни хаб, ни коммутатор. Таким образом вы можете подключить только два компьютера одновременно, для подключения трех и более потребуется хаб или некоторый тип коммутатора.

Straight-through (прямо проходящий, использующий хаб) — название этого вида кабеля говорит само за себя — он передаёт сигнал напрямую из одного конца в другой, а именно с 1-го контакта на 1 2-2, 3-3, и т.д. Используется для различных видов соединений (компьютер — хаб, компьютер — DSL/ISDN/кабельный модем, или соединения хаба и коммутатора между собой).

Давайте начнем разбор Straight-through кабеля, а затем выясним отличия в подготовке Cross-over варианта.

Нарезка, зачистка и сортировка жил

Отрежьте необходимый по длине кусок кабеля. Не забывайте пословицу — «Семь раз примерь, один отрежь». 🙂 Убедитесь, что концы кабеля отрезаны ровно.

Снимите оплетку примерно на один дюйм (2,5 см). Некоторые обжимные инструменты (например, показанный в статье) имеют специальные лезвия для снятия оплетки. Вы вставляете кабель до упора (с другой стороны инструмента есть ограничитель) для того чтобы зачистить необходимую длину. Важно при этом не задеть сами жилы кабеля, перезание одной из восьми жил приведет к неработоспособности отрезка.

Расплетите жилы кабеля. Вы заметите, что там есть 4 пары разноцветных проводов. Отсортируйте их по цветам. У вас должна получиться вот такая цветная кодировка:

голубой бело-голубой # оранжевый бело-оранжевый # зеленый бело-зеленый # коричневый бело-коричневый

Некоторые производители витой пары экономят на цветной кодировке, и вам придется отслеживать пару, запоминая какой провод был связан с другим. Лучше всего проверить в магазине, чтобы цветная кодировка легко распознавалась. И чтобы потом не испытывать проблем и не мучаться, потратьтесь на лучший кабель.

Теперь разложим проводки (жилы) слева направо в нужной последовательности. Есть соответствующий стандарт, установленный Telecommunications Industry Association (TIA). Он называется EIA/TIA-568 Commercial Building Telecommunications Wiring Standard, вы можете подробнее узнать о нем здесь http://www.digital-delivery.com/Standards.htm#s5.

Отсортируйте все жилы, затем убедитесь, чтобы они были прямыми и ровными. Срежьте несколько миллиметров, чтобы все проводки стали одной длины и выходили за изоляцию примерно на полдюйма (1,25 см).

Присоединение RJ-45 коннектора

Лучший способ вставки кабеля в RJ-45 коннектор.

1. Держите коннектор пластиковой защелкой от себя.
2. Когда сжимаете кабель для того чтобы вставить в коннектор, проследите, чтобы оболочка не болталась на проводках. Вставляйте отсортированные и выровненные жилы осторожно и постепенно. Вы почувствуете сопротивление, как только жилы начнут попадать в пазы внутри коннектора.
3. Посмотрите внимательно, чтобы жилы оставались в нужной последовательности. Иногда при вставке кабеля в коннектор в последний момент жилы могут поменяться местами. Используйте лупу если это необходимо.
4. Протолкните жилы до конца коннектора, убедитесь, что все жилы одной длины и касаются прозрачной стенки. Вы должны видеть линию, состоящую из восьми концов жил. Если какая-то жила прошла не до конца, вынимайте кабель, выравнивайте жилы и пробуйте снова.
5. Теперь засуньте оболочку кабеля как можно дальше в коннектор.

Если все сделано правильно, то кабель должен быть вот такой:

Правильно:

Обратите внимание на то, как изоляционная оболочка должна проходить в коннектор, и как все жилы упираются в конец коннектора.

Ниже приведу два примера как это не должно выглядеть. На примере слева оставлены слишком длинные жилы, из-за чего расстояние от коннектора до оплетки остается незащищенным. Также кабель теряет прочность.
На втором примере жилы срезаны слишком коротко, оплетка входит в коннектор, но длина концов не позволяет создать контакт с коннектором.

Неправильно:

Перед обжимом последний раз убедитесь что все жилы выровнены и проходят до конца. Теперь вставляйте коннектор в соответствующий зажим на инструменте, зажимайте рукоятки плавно прилагая усилие, но так чтобы не поломать коннектор. После обжима осмотрите коннектор, все контакты должны быть одной длины и утоплены в пластик.

Теперь повторите все процедуры со вторым концом кабеля. Используйте те же схемы как на первом коннекторе, тем самым закончив приготовление Straight-through (прямо проходящего, использующего хаб) кабеля.

Cross-over («нуль хабный»)

Теперь рассмотрим второй тип кабеля для соединения двух компьютеров между собой напрямую. Отличия этого вида от первого в том, что второй конец кабеля имеет другие цветовые схемы.

Первый конец, который будет идентичен Straight-through кабелю:

Второй конец будет сделан по следующей схеме:

А если быть точнее, то вот разводка для 10BaseT Crossover кабеля по номерам жил:

10BaseT Crossover Cable
RJ45 #1 Pin	RJ45 #3 Pin
1 TX_D1+	3 RX_D2+
2 TX_D1-	6 RX_D2-
3 RX_D2+	1 TX_D1+
6 RX_D2-	2 TX_D1-

Если вы внимательно посмотрите на два конца Cross-over кабеля, то заметите, что разница всего лишь в том, что зеленая и оранжевая пара поменялись местами, а имено меняются 1-ый с 3-им и 2-ой с 6-ым.

Заметка:
Когда вы сделаете Cross-over кабель, пометьте его, чтобы легко отличать от Straight-through кабеля. Наклейте кусочек цветной пленки или отметьте маркером, используйте все, что для вас будет заметно. Иначе этот отрезок может затеряться с другими и вы будете потом долго ломать голову, отчего ваша сеть не работает.

Проверка

Когда кабель закончен, вам необходимо его протестировать на работоспособность. Примерно за 20$ вы можете приобрести специальный тестер. Вставьте оба конца кабеля в разъемы тестера и наблюдайте за лампочками. Если они все горят, у кабеля хороший контакт по каждой жиле и проверка закончена. К слову будет сказано, провод, расплетенный более чем на 2 см, считается не технологичным, хотя и будет работать.

Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

НОУ ИНТУИТ | Лекция | Физический уровень модели OSI

Аннотация: Приведено описание основных устройств и средств физического уровня модели OSI. Даны характеристики медных и оптоволоконных кабелей, беспроводных радиоканалов. Рассмотрены понятия физической и логической топологии.

Три нижних уровня модели OSI являются сетезависимыми, т. е. программные и аппаратные средства физического, канального и сетевого уровней зависят от сетевых технологий. Аппаратные средства физического уровня представлены медными и оптоволоконными кабелями, беспроводной средой передачи данных, разъемами, повторителями сигналов (repeater), многопортовыми повторителями или концентраторами ( hub ), преобразователями среды ( transceiver ), например, преобразователями электрических сигналов в оптические и наоборот. Отдельно следует отметить сетевые карты (Network Interface Card – NIC ), функционирование которых охватывает как канальный, так и физический уровни. В модели TCP/IP канальный и физический уровни представлены объединенным уровнем Network Access.

В качестве среды передачи в компьютерных сетях используют коаксиальный кабель ( coaxial cable ), неэкранированную ( UTP – Unshielded Twisted Pair) и экранированную витую пару ( STP – Shielded Twisted Pair), оптоволоконный кабель ( fiber optic ), беспроводные радиоканалы. Для каждой среды и технологии передачи данных определен свой стандарт.

3.1. Медные кабели

Локальные сети, как правило, строятся на основе неэкранированной витой пары UTP. Экранированная витая пара (STP) по сравнению с неэкранированной обеспечивает лучшую защиту передаваемого сигнала от помех. Однако UTP дешевле, поэтому применяется в наиболее популярных технологиях Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet. Такие кабели называют также симметричными в отличие от коаксиальных медных кабелей.

В кабеле UTP четыре пары скрученных медных проводов. Поэтому для подключения кабеля к компьютерам или другим сетевым устройствам используется разъем (коннектор) RJ-45, имеющий 8 контактов.

Основными характеристиками кабелей являются: максимальная частота передаваемого по кабелю сигнала, затухание, величина перекрестных наводок, сопротивление, емкость и др. Основные характеристики специфицированы международным стандартом ISO/IEC 11801. Стандарт ISO/IEC 11801 специфицирует кабели по категориям (таблица 3.1). Кабели категории 7 – экранированные.

Таблица 3.1. Категории кабелей и разъемов

Категория кабеля и разъема	Макс. частота сигнала, МГц	Типовые приложения
Категория 3	16	Локальные сети Token Ring, Ethernet 10Base-T, голосовые каналы и др.
Категория 5	100	Локальные сети со скоростью передачи данных до 100 Мбит/с
Категория 7	600	Локальные сети со скоростью передачи данных до 1000 Мбит/с

Ранее использовавшийся в локальных сетях Ethernet кабель UTP категории 3 в сетях Fast Ethernet заменен кабелем категории 5. В настоящее время кабель UTP категории 5 заменяется кабелем категории 5е, по которому передаются данные со скоростью выше 125 Мбит/с. Симметричные кабели UTP обеспечивают передачу сигналов на расстояние до 100 м.

Для подключения конечного узла (host), например компьютера, к повторителю или коммутатору (3.1а) применяется прямой кабель (Straight-through Cable), схема подключения проводов которого к контактам разъемов приведена на 3.1б. Первая пара проводов (контакты 1, 2) используется для передачи, вторая пара (контакты 3, 6) – для приема. Оставшиеся 2 пары не задействованы.

Прямой кабель используется для соединений:

1. коммутатора с маршрутизатором;
2. коммутатора с компьютерами или серверами;
3. концентратора с компьютерами или серверами.

Рис. 3.1. Прямой кабель

Для соединения коммутаторов (switch) или концентраторов (hub) между собой используется кроссовый кабель (Crossover Cable), схема которого приведена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Кроссовый кабель

Кроссовый кабель задействует 4 провода, причем контакты 1 и 2 одного разъема RJ-45 соединяются с контактами 3 и 6 другого.

Кроссовый кабель используется для соединений:

1. коммутатора с коммутатором;
2. коммутатора с концентратором;
3. концентратора с концентратором;
4. маршрутизатора с маршрутизатором;
5. маршрутизатора с компьютером;
6. компьютера с компьютером.

Для конфигурирования коммутатора или маршрутизатора их соединяют с последовательным СОМ-портом (RS-232) персонального компьютера. При этом применяется консольный кабель, называемый также Rollover Cable ( рис. 3.3). Из рис. 3.3 следует, что второй разъем кабеля имеет нумерацию контактов, обратную первому.

Рис. 3.3. Консольный кабель

Интерфейс коммутатора или маршрутизатора для связи с терминалом называется консольным портом. При необходимости могут использоваться переходные адаптеры от разъема RJ-45 консольного кабеля к разъему DB-9 или DB-25 СОМ-порта терминала.

3.2. Волоконно-оптические кабели

В качестве среды передачи в сетях наряду с электрическими кабелями широко используется волоконно-оптический кабель (fiber optic). Достоинством волоконно-оптического кабеля является отсутствие необходимости скручивания волокон или их экранирования, т. к. отсутствуют проблемы перекрестных помех (crosstalk) и электромагнитных помех от внешних источников. Это позволяет передавать сигналы на большее расстояние по сравнению с симметричным медным кабелем.

Оптическое волокно представляет собой двухслойную цилиндрическую структуру в виде сердцевины (оптического световода) и оболочки. Причем сердцевина и оболочка имеют разную оптическую плотность или показатель преломления n. Чем больше оптическая плотность материала, тем больше замедляется свет по сравнению со скоростью в вакууме. Значение показателя преломления сердцевины n₁ выше показателя преломления n₂ оболочки (n₁ > n₂).

Передача оптического излучения по световоду реализуется за счет свойства внутреннего отражения, которое обеспечивается неравенством показателей преломления сердцевины и оболочки n₁ > n₂, при этом сердцевина с большим показателем преломления является оптически более плотной средой.

Когда луч света 1 ( рис. 3.4) падает на границу раздела двух прозрачных материалов с коэффициентами преломления n₁ и n₂, причем n₁ > n₂, свет делится на две части.

Рис. 3.4. Отражение и преломление лучей света

Часть светового луча отражается назад в исходную среду (сердцевину) с углом отражения ₃, равным углу падения ₁. Другая часть энергии светового луча пересекает границу раздела двух сред и вступает во второе вещество (оболочку) под углом ₂. Эта часть энергии, попавшая в оболочку, характеризует потери энергии, которая должна была распространяться по сердцевине. При увеличении угла падения ₁ возрастает угол преломления ₂. При некотором значении угла ₁, называемом критическим _кр, луч 2 ( рис. 3.4) не преломляется; часть его отражается, а часть скользит вдоль границы раздела, т. е. угол преломления равен 90 . При условии, что угол падения будет больше критического ₁ > _кр и n₁ > n₂, наступает эффект полного внутреннего отражения, когда вся энергия светового луча остается внутри сердцевины, т. е. луч света распространяется по световоду без потерь на большое расстояние.

Диапазон углов падения лучей света, входящих в волокно, при котором реализуется первое условие полного внутреннего отражения, называется числовой апертурой волокна. Лучи света должны входить в сердцевину только под углом, находящимся внутри числовой апертуры волокна. Поскольку лучи входят под разными углами, они отражаются от границы раздела сердцевины и оболочки под разными углами и проходят разное расстояние до устройства назначения ( рис. 3.5,3.5а, 3.5б).

Эти составляющие лучей света называются модами. Возникновение мод в оптическом волокне возможно, если диаметр сердцевины сравнительно большой. Такое волокно называется многомодовым (multimode).

Рис. 3.5. Многомодовое (а) и одномодовое (б) волокно

В стандартном многомодовом оптическом кабеле используется сердцевина диаметром 62,5 или 50 микрон и оболочка диаметром 125 микрон. Такие кабели обозначаются 62,5/125 или 50/125. Наличие многих мод приводит к появлению межмодовой дисперсии (размыву) передаваемого импульсного сигнала. Из-за дисперсии снижается скорость передачи данных, т. к. размытые импульсы накладываются друг на друга и уменьшается расстояние, на которое можно передать данные. Для снижения влияния многих мод на величину дисперсии при большом диаметре сердцевины разработано специальное многомодовое волокно с градиентным показателем преломления.

Одномодовое волокно (singlemode) имеет меньший диаметр сердцевины, что позволяет только одной моде луча света распространяться по сердцевине вдоль оси волокна. Диаметр сердцевины одномодового волокна уменьшен до значения восемь-десять микрон. Обычно одномодовое волокно маркируют следующим образом – 9/125. Это означает, что диаметр сердцевины составляет 9 микрон, а оболочки – 125 микрон. Одномодовое волокно более дорогое по сравнению с многомодовым. Однако в одномодовых кабелях выше скорость передачи данных и больше расстояние, на которое могут быть переданы данные. Поэтому одномодовые кабели используется в локальных сетях для соединений между зданиями, а в технологиях линий SDH – для междугородней связи.

В одномодовом волокне межмодовая дисперсия отсутствует. Однако хроматическая дисперсия характерна как для многомодового, так и для одномодового волокна. Хроматическая дисперсия возникает из-за того, что волны света разной длины проходят через оптическое волокно с несколько различными скоростями. В идеале источник света (светодиод или лазер) должен генерировать свет только одной частоты, тогда хроматической дисперсии не было бы. Однако лазеры и особенно светодиоды генерируют целый спектр частот (длин волн). Поэтому расстояние и скорость передачи данных ограничиваются дисперсией и затуханием сигнала в волокне.

В качестве источников света для оптических кабелей применяются:

• светодиоды, генерирующие инфракрасный свет с длиной волны 850 или 1310 нм. Светодиоды используются для передачи сигналов по многомодовому волокну на расстояние до 2000 м;
• лазерные диоды, генерирующие инфракрасный луч света с длиной волны 1310 или 1550 нм. Лазеры используются с одномодовым волокном для передачи сигналов на большие расстояния в различных технологиях локальных и глобальных сетей.

Расстояние передачи сигналов в локальных сетях, определенное стандартом Gigabit Ethernet, составляет до 5 км, а определенное стандартом 10Gigabit Ethernet – до 40 км.

Для приема оптических сигналов применяют фотодиоды, которые преобразуют принятые оптические импульсы в электрические. Фотодиоды производятся для работы на длинах волн 850, 1310 или 1550 нм.