Коаксиальный кабель как основа Ethernet
Обновлено: 02.07.2024
Ethernet — это семейство компьютерных сетевых технологий на основе фреймов для локальных сетей (LAN). Название происходит от физической концепции эфира. Он определяет ряд стандартов проводки и сигнализации для физического уровня посредством средств сетевого доступа на уровне управления доступом к среде (MAC)/канальном уровне, а также общий формат адресации.
Ethernet по коаксиальному кабелю — не новая концепция. Первоначально Ethernet был разработан в Xerox PARC в 1973–1975 годах и основывался на идее компьютеров, обменивающихся данными по общему коаксиальному кабелю, выступающему в качестве среды передачи вещания. Из этой ранней и сравнительно простой концепции Ethernet превратился в сложную сетевую технологию, которая сегодня лежит в основе большинства локальных сетей. Коаксиальный кабель был заменен линиями «точка-точка», соединенными концентраторами и/или коммутаторами, чтобы снизить затраты на установку, повысить надежность и обеспечить возможность управления и устранения неполадок «точка-точка». StarLAN был первым шагом в эволюции Ethernet от шины коаксиального кабеля к сети с витой парой, управляемой концентратором (10BASE-T). Появление витой пары значительно снизило затраты на установку по сравнению с конкурирующими технологиями, включая старые технологии Ethernet.
Несмотря на значительные изменения в Ethernet от шины с толстым коаксиальным кабелем со скоростью 10 Мбит/с до соединений "точка-точка" со скоростью 1 Гбит/с, все поколения Ethernet (за исключением ранних экспериментальных версий) используют одни и те же форматы кадров. (и, следовательно, тот же интерфейс для более высоких уровней), и могут быть легко связаны между собой. Ниже обсуждаются два важных поколения в развитии Ethernet.
10BASE5
10BASE5 (также известный как толстая сеть) — это оригинальный «полный» вариант Ethernet, использующий специальный кабель, аналогичный коаксиальному кабелю RG-8/U. Это жесткий кабель диаметром 0,375 дюйма (примерно 9,5 мм) с импедансом 50 Ом, сплошным центральным проводником, пенопластовым изолирующим наполнителем, экранирующей оплеткой и внешней оболочкой.
Название 10BASE5 происходит от нескольких характеристик физического носителя. Цифра 10 означает скорость передачи 10 Мбит/с. BASE — это сокращение от основной полосы частот, а не от широкополосной связи, а цифра 5 означает максимальную длину сегмента 500 метров (примерно 1600 футов).
10BASE2
10BASE2 (также известный как более дешевый, тонкий Ethernet, тонкий или тонкий провод) — это вариант Ethernet, в котором используется тонкий коаксиальный кабель (RG-58 или аналогичный, в отличие от более толстого кабеля RG-8, используемого в 10BASE5), с разъемами BNC. В течение многих лет это был доминирующий стандарт Ethernet 10 Мбит/с, но из-за огромного спроса на высокоскоростные сети, низкой стоимости кабеля Ethernet категории 5 и популярности беспроводных сетей 802.11 и 10BASE2, и 10BASE5 почти устарели. .
Системы 10BASE2 имеют ряд преимуществ по сравнению с 10BASE-T. Им не нужен концентратор 10BASE-T, поэтому стоимость оборудования очень низкая, а проводка может быть особенно простой, поскольку требуется только один провод. Эти характеристики означают, что 10BASE2 идеально подходит для небольшой сети из двух или трех машин. Для более крупной сложной офисной сети трудности с отслеживанием плохих соединений делают его нецелесообразным.
Название 10BASE2 происходит от нескольких характеристик физического носителя. 10 исходит из максимальной скорости передачи 10 Мбит/с (миллионов бит в секунду). BASE означает передачу сигналов основной полосы частот, а цифра 2 представляет собой округленное в большую сторону сокращение для максимальной длины сегмента 185 метров (607 футов).
10BASE-T
В отличие от более ранних стандартов Ethernet 10BASE5 и 10BASE2, 10BASE-T не определяет точный тип используемой проводки, а вместо этого указывает определенные характеристики, которым должен соответствовать кабель. Это было сделано в ожидании использования 10BASE-T в существующих системах проводки с витой парой, которые могут не соответствовать какому-либо указанному стандарту проводки. Некоторыми из указанных характеристик являются затухание, волновое сопротивление, временной джиттер, задержка распространения и несколько типов шума. Ожидается, что этим характеристикам будет соответствовать 100 метров неэкранированного кабеля с витой парой 24-го калибра, а 100 метров — заявленная максимальная длина для передачи модулирующего сигнала.
Во всех сетевых средах CSMA/CD абсолютный предел длины сети определяется размером домена коллизий и качеством кабеля.
Домен коллизий
Домен коллизий – это физический сегмент сети, в котором пакеты данных могут конфликтовать друг с другом при отправке на общий носитель, в частности, при использовании сетевого протокола Ethernet. Сетевая коллизия возникает, когда несколько устройств одновременно пытаются отправить пакет в сегменте сети. Конфликты разрешаются с использованием множественного доступа с контролем несущей или его варианта, в котором конкурирующие пакеты отбрасываются и повторно отправляются по одному. Это становится источником неэффективности сети.
Ethernet по устаревшему коаксиальному кабелю
Сетевые IP-системы наблюдения предлагают множество преимуществ по сравнению с аналоговыми системами видеонаблюдения. Однако основным препятствием для их внедрения для модернизации существующих сайтов является необходимость прокладки новых кабелей. Стоимость прокладки нового кабеля Cat 5e для сетевых устройств может быть значительной, а ограничения по длине кабеля Ethernet могут быть ограничительными.
Адаптеры Ethernet по коаксиальному кабелю позволяют повторно использовать существующие аналоговые кабели для создания новых сетевых подключений. Это возможно, потому что коаксиальный кабель, который может уже присутствовать на объекте, потенциально является лучшей средой передачи цифровых данных, чем кабель UTP, который в противном случае заменил бы его. Коаксиальный кабель имеет более широкую полосу пропускания, с меньшими шумами и потерями сигнала, что означает, что по нему можно передавать больше данных на большие расстояния.
Одним из преимуществ коаксиального кабеля перед другими типами линий передачи является то, что в идеальном коаксиальном кабеле электромагнитное поле, несущее сигнал, существует только в пространстве между внутренним и внешним проводниками. Это позволяет прокладывать коаксиальные кабельные трассы рядом с металлическими предметами, такими как желоба, без потерь мощности, которые имеют место в других типах линий передачи, и обеспечивает защиту сигнала от внешних электромагнитных помех. Передача энергии в линии происходит полностью через диэлектрик внутри кабеля между жилами. Таким образом, коаксиальные линии можно изгибать и умеренно скручивать без негативных последствий, и их можно привязывать к токопроводящим опорам, не вызывая в них нежелательных токов.
Потенциальные проблемы
При использовании существующих коаксиальных кабелей на объекте единственный безопасный способ определить, подходят ли они, — это провести тест с фактическим оборудованием, для которого он предназначен. Проблемы, с которыми можно столкнуться, включают: Кабели, впитавшие влагу. Трасса кабеля намного длиннее, чем кажется. Другие кабели были подключены параллельно. Плохие соединения.
Если вы сомневаетесь, запустите тест передачи. Тестирование кабеля часто ограничивается проверкой того, работает ли соединение с Ethernet, использование более высоких скоростей по существующему кабелю может быть проблематичным. Следует отметить, что автосогласование Ethernet учитывает только возможности конечного оборудования, а не кабеля между ними.
Кабели обычно используются для передачи сигналов связи в локальных вычислительных сетях (LAN). Существует три распространенных типа кабельных сред, которые можно использовать для подключения устройств к сети: коаксиальный кабель, кабель с витой парой и оптоволоконный кабель.
Коаксиальные кабели
Коаксиальный кабель похож на кабель, используемый для передачи телевизионного сигнала. Посередине кабеля проходит одножильный медный проводник. Вокруг этого медного провода со сплошным сердечником находится слой изоляции, а изоляция покрыта плетеным проводом и экраном из металлической фольги, защищающим от электромагнитных помех. Последний слой пластиковой изоляционной оболочки покрывает плетеный провод.
На следующем рисунке показана общая структура коаксиального кабеля.
Существует два типа коаксиальных кабелей: ThinNet и ThickNet. ThinNet представляет собой гибкий коаксиальный кабель толщиной около ¼ дюйма. ThinNet используется для коротких расстояний. ThinNet подключается напрямую к карте сетевого адаптера рабочей станции с помощью британского военно-морского разъема (BNC). Максимальная длина тонкой сети составляет от 185 до 200 метров. Коаксиальный кабель ThickNet более толстый, чем кабель ThinNet. Кабель ThickNet имеет толщину около ½ дюйма и может поддерживать передачу данных на большие расстояния, чем ThinNet. Максимальная поддерживаемая длина кабеля ThickNet составляет 500 метров, и обычно он используется в качестве магистрали для соединения нескольких небольших сетей на основе ThinNet.
Для Ethernet на основе коаксиального кабеля определены два стандарта передачи данных Ethernet. Это стандарты 10Base2 и 10Base5.
10Base2 имеет пропускную способность 10 Мбит/с на максимальном расстоянии 200 метров. 10 обозначает скорость полосы пропускания, а 2 обозначает 200 метров. База обозначает тип основной полосы частот сигнала. Коаксиальный кабель, используемый для стандарта передачи данных 10Base2 Ethernet, — это ThinNet.
10Base5 имеет пропускную способность 10 Мбит/с на максимальном расстоянии 500 метров. 10 обозначает скорость полосы пропускания, а 5 обозначает 500 метров. База обозначает тип основной полосы частот сигнала. Коаксиальный кабель, используемый для стандарта передачи данных 10Base5 Ethernet, — это ThickNet.
Пропускная способность, доступная как для 10Base2 (Thinnet Ethernet), так и для 10Base5 (Thicknet Ethernet), составляла 10 Мбит/с (мегабит в секунду).
Тип кабеля, который в настоящее время используется для подключения к локальным вычислительным сетям (LAN), — это кабель с витой парой.Очень сложно найти действующую бизнес-сеть с использованием коаксиального кабеля.
Витая пара
Витая пара – это наиболее распространенный тип кабелей, который можно встретить в современных локальных сетях. Пара проводов образует цепь, которая может передавать данные. Пары скручены для защиты от перекрестных помех. Перекрёстные помехи — это нежелательный шум сигнала, создаваемый электромагнитными полями соседних проводов.
Когда по проводу течет ток, ток создает магнитное поле вокруг провода. Это поле может мешать сигналам на близлежащих проводах. Чтобы устранить это, пары проводов передают сигналы в противоположных направлениях, так что два магнитных поля также возникают в противоположных направлениях и компенсируют друг друга. Этот процесс называется отменой.
Цветовые коды, используемые для пластиковой изоляции витой пары: оранжевый, оранжево-белый, синий, сине-белый, зеленый, зелено-белый, коричневый и коричнево-белый.
Два типа кабелей витой пары: неэкранированная витая пара (UTP) и экранированная витая пара (STP).
Кабели с неэкранированной витой парой (UTP)
Неэкранированная витая пара (UTP) – наиболее распространенный сетевой носитель. Неэкранированная витая пара (UTP) состоит из четырех пар тонких медных проводов, покрытых пластиковой изоляцией с цветовой маркировкой, которые скручены вместе. Затем пары проводов покрывают пластиковой внешней оболочкой. Кабели UTP имеют небольшой диаметр и не требуют заземления. Так как кабель UTP не экранирован, он использует только «отмену», чтобы избежать шума.
На следующем изображении показан кабель с неэкранированной витой парой (UTP).
Кабели с экранированной витой парой (STP)
Кабели с экранированной витой парой (STP) дополнительно имеют общий проводящий металлический экран, покрывающий четыре провода витой пары. Могут быть и другие проводящие металлические экраны, закрывающие отдельные витые пары. Эти металлические экраны блокируют электромагнитные помехи, предотвращая появление нежелательных помех в цепи связи.
Заземляющие провода также используются в кабелях с экранированной витой парой (STP) вместе с металлическими экранами для заземления. Заземляющий провод обеспечивает низкоомное соединение с экраном для лучшего заземления. Основное назначение заземляющего провода — отводить нежелательные помехи на землю.
На следующих изображениях показаны два разных типа кабелей с экранированной витой парой (STP).
Разъем, используемый в кабеле UTP, называется разъемом RJ-45 (Registered Jack 45). На рисунке ниже показано гнездо RJ45, подключенное к кабелю UTP. Восемь проводов с цветовой маркировкой внутри кабеля витой пары подключаются к восьми контактам в разъеме RJ45, как показано ниже. Каждый провод в кабеле витой пары обжат 8 контактами в разъеме RJ45.
Один конец кабеля витой пары с подключенными разъемами RJ45 подключается к порту сетевой карты Ethernet компьютера, а другой конец подключается к настенной монтажной пластине с гнездовым портом RJ45 (розетка), как показано ниже.
От настенного гнезда RJ45 кабель витой пары подключается к коммутаторам локальной сети (LAN). Пожалуйста, обратитесь к изображению ниже.
Кабели с витой парой Категории
Кабели с витой парой имеют разные категории. Каждая категория витой пары была разработана для определенного типа связи или скорости передачи. В настоящее время наиболее популярными категориями являются Cat 6, Cat 6a и Cat 7. Кабели с витой парой Cat 6, Cat 6a и Cat 7 могут достигать скорости передачи более 1000 Мбит/с (1 Гбит/с).
Обычно кабели витой пары поддерживают максимальное расстояние 100 метров (от сетевой карты до порта коммутатора) без искажения сигнала.
В следующей таблице показаны различные категории витых пар и соответствующие скорости передачи.
Блог для самообучения Fiberbit, Сокращение кривой обучения Регулярные статьи о оптоволоконных сетях, сетях и технологиях.
Коаксиальный кабель в сетях Ethernet
Мы все привыкли сейчас к витой паре и оптоволокну, и не все уже вспоминают это время. Но хотите верьте, хотите нет, но первой средой, используемой для сетей Ethernet, был коаксиальный кабель или коаксиальный кабель. В течение многих лет он оставался наиболее распространенным носителем, но недавно был заменен витой парой и оптоволокном в современных решениях для локальных сетей. Как видно из рисунка 1, коаксиальный кабель состоит из проводящей жилы посередине (из металла или меди), окруженной изолятором, затем металлической оплеткой и внешней оболочкой.
Рис. 1. Коаксиальный кабель.
Сердечник в коаксиальном кабеле состоит из сплошной металлической проволоки или нескольких тонких проволок. Ядро несет данные в электромагнитных сигналах. Для защиты сигнала от помех используется экранирующая оплетка. Также он выступает в качестве земли для сигнала. Слой изолятора находится между металлическим экраном и сердечником, чтобы предотвратить короткое замыкание. Изолятор изготовлен из пластика, такого как ПВХ или тефлон. Кроме того, пластик используется для внешней защиты и может различаться по цене и качествам, таким как огнестойкость.
Использование множества различных материалов для изготовления делает коаксиальный кабель более дорогим, чем витая пара. С другой стороны, коаксиальный кабель способен передавать сигнал на большие расстояния без усиления по сравнению с витой парой. Конечно, он проигрывает по дальности оптоволокну. Благодаря экранированию коаксиальный кабель обладает большей помехоустойчивостью.
Несмотря на то, что существуют сотни различных коаксиальных кабелей, основные различия заключаются в их импедансе, затухании и пропускной способности, которые меняются в зависимости от материалов, из которых изготовлен кабель. Каждый тип коаксиального кабеля разработан для определенной цели.
В сетях чаще всего используются два кабеля: RG-6 (с медной жилой, используется для телевидения и Интернета) и RG-59 (с медной оплеткой, используется для коротких распределительных соединений). Эти кабели заканчиваются либо разъемом F-типа, либо разъемом BNC.
Разъем типа F чаще всего используется с кабелями RG-6. Он прикреплен к кабелю, поэтому штифт в центре разъема является токопроводящей жилой кабеля. Он крепится путем опрессовки или сжатия. Коннекторы можно прикрутить друг к другу для стабильного соединения.
Рисунок 2. Коаксиальный разъем F-типа
BNC (Bayonet Neill-Concelman) также обжимается, сжимается или накручивается на коаксиальный кабель. Два разъема BNC можно соединить между собой с помощью поворотно-замкового механизма. В отличие от F-типа, BNC использует собственный проводящий контакт. Чаще всего BNC используется с RG-59, но иногда его можно найти и на RG-6.
Рисунок 3. Коаксиальный разъем типа BNC
Если не для Ethernet, то для приложений видеонаблюдения все еще широко используются коаксиальные кабели и разъемы BNC. Интересным сосуществованием BNC и оптоволокна является, например, оборудование серии Video over Fiber , где BNC используется в качестве входного порта для видео, а затем преобразуется и отправляется по оптоволокну.
Первым стандартом, определенным в IEEE 802.3, является 10 Base 5. Это толстый Ethernet или толстая сеть. Это локальная сеть с шинной топологией и сигнализацией основной полосы частот. Скорость передачи данных составляет 10 Мбит/с, а максимально допустимая длина сегмента — 500 метров. Общая длина автобуса не должна превышать 2500 метров, т. е. с отрезком в 500 м, в каждом из которых будет использоваться только пять отрезков. Каждая станция должна быть отделена от соседних на 2,5 метра, т. е. в каждом сегменте разрешено максимум 200 станций, всего до 1000 станций.
10 с основанием 2
Вторая реализация, определенная IEEE 802.3, — это 10 Base 2, также называемая Thin Ethernet, более дешевой сетью и т. д. Она поддерживает недорогую альтернативу 10 Base 5 Ethernet с той же скоростью передачи данных, т. е. 10 Мбит/с. Он использует тонкий коаксиальный кабель с меньшими сегментами 185 метров, чем 500 метров толстых сетевых сегментов.
10 базовых T
10 Base T – самый популярный стандарт Ethernet, определенный в IEEE 802.3.Его также называют витой парой Ethernet. Он используется в локальных сетях со звездообразной топологией, в которых вместо коаксиального кабеля используется неэкранированная витая пара (UTP). Он поддерживает скорость передачи данных 10 Base и максимальную длину кабеля 100 метров. Интеллектуальный концентратор используется для соединения рабочих станций в формате звездообразной сети.
Кабели и разъемы, используемые для подключения рабочих станций в сети 10 Base T, включают следующее:
- Интеллектуальный центр
- Четырехпарный или восьмижильный кабель с неэкранированной витой парой.
- Разъем RJ-45
- Сетевая карта
На рисунке показаны все 10 топологий Base T.
1 с основанием 5
1 Base 5 Ethernet также представляет собой локальную сеть на основе звездообразной топологии, в которой используется концентратор для подключения всех рабочих станций в звездообразной топологии. Он также известен как Star LAN и является продуктом AT&T. Скорость передачи данных у него мизерная, т. е. всего 1 Мбит/с, и поэтому это наименее используемый Ethernet. Максимальная длина кабеля в каждом сегменте составляет 500 м.
На рисунке показан Ethernet Base 5.
100 Base T Ethernet
100 Base T Ethernet — это пятая и последняя спецификация основной полосы частот, изначально добавленная в стандарты IEEE802.3. Он также известен как Fast Ethernet. Он работает со скоростью передачи данных 100 Мбит/с и использует кабели с витой парой (UTP) и центральный концентратор или коммутатор.
Коммутируемый Ethernet
Основная проблема с концентраторами Ethernet заключалась в том, что они отправляли данные или кадры, передаваемые на концентратор для любого хоста, всем остальным хостам, подключенным к концентратору. На рисунке показан Ethernet с использованием концентратора с шестью хостами от A1 до A6.
В любой момент узел A1 передал кадр для узла A4, отправленный концентратором всем узлам, т. е. от A2 до A6. Поэтому все кабели заняты мгновенно, один для исходящего кадра, а остальные для входящего кадра. Таким образом, одна передача использует общую пропускную способность 10 Мбит/с, потому что, если одна станция передает, никто другой не может передавать, поскольку остальные принимают.
Гигабитный Ethernet
Гигабитный Ethernet имеет скорость передачи данных 1000 Мбит/с или 1 Гбит/с. Методы доступа MAC-уровня в нем остались без изменений, а домен коллизий был уменьшен. В нем используются оптические волокна. В них изменился и метод кодирования. В 1000 Base SX и 1000 Base LX используются оптоволоконные кабели, в 1000 Base CX — STP, а в 1000 Base T — UTP.
Читайте также: