Hardverismeret és gyakorlat | Sulinet Tudásbázis

Tananyag választó:

Csavart érpár (UTP, STP)

A legrégebbi és még ma is elterjedt átviteli közeg a csavart érpár vagy más néven sodrott érpár (Unshielded Twisted Pair = UTP). Ez a vezetéktípus két szigetelt, egymásra spirálisan felcsavart rézvezeték. Ha ezt a sodrott érpárat kívülről egy árnyékoló fémszövet burokkal is körbeveszik, akkor árnyékolt sodrott érpárról (Shielded Twisted Pair = STP) beszélhetünk. A ma használatos kábelek több, általában 4 érpárból állnak, amelyek spirális formában meg vannak csavarva, ezáltal csökkentve az érpárok közötti esetleges interferenciát. Az erek mindegyike egyenként szigetelve van, de az érpárok lehetnek még páronként árnyékolva is. A sávszélesség a huzalok vastagságától és az áthidalni kívánt távolságtól függ, de akár a Gbit/s-os nagyságrendű sebesség is elérhető. A legtöbb telefonkészüléket sodrott érpár köti össze a telefonközponttal. Analóg és digitális átvitelre egyaránt alkalmas. Manapság a számítógépeket a LAN hálózatban is ez a vezetékfajta köti össze. A sodrott érpáras kábel nem lépheti túl a 100 méteres hosszúságot a hub és a számítógép között.

Strukturált hálózat építéséhez UTP, FTP, S-FTP kábel használható. Az UTP olcsóbb, mint az FTP, S-FTP, viszont nem rendelkezik zavarvédelemmel. Egy irodában rengeteg berendezés kelthet zavart. Például a villanymotorok (gépek ventilátora, szellőztető berendezések stb.) különböző rádiófrekvenciás alkalmazások (pl.: mobiltelefon), valamint az elektromos hálózat. Szerencsés esetben ez csak a rendszer sebességére van kártékony hatással, rosszabb esetben hibás adattovábbítást, adatvesztést okoz. Az FTP, S-FTP kábelezés ezt hivatott kiküszöbölni. Ez a kábelfajta árnyékoló fóliával, míg az S-FTP szőtt harisnya-árnyékolással is el van látva. Ez a megoldás biztonságos és gyors átvitelt tesz lehetővé. Nagy elektromos zajszintű munkahelyeken használata feltétlen szükséges. Az FTP, S-FTP rendszerek hátránya a magas építési költség, hiszen a megfelelő működéshez nem csak a kábeleknek, de a tartozékoknak is megfelelőnek kell lenniük. Megfelelő teljesítményüknek és alacsony áruknak köszönhetően széleskörűen használtak.

Említést kell tenni a patch panelről és a patch kábelről. A patch panel egy olyan segédtábla, amely UTP-s hálózatoknál a felhasználói gépek felől bejövő kábelek rendezését szolgálja. A patch kábel viszont egy olyan viszonylag rövid, sodrott érpárú, UTP csatlakozóval ellátott kábel, amely a fali hálózati csatlakozó és a számítógép hálózati kábelének csatlakozója közti összeköttetést biztosítja.

A megfelelő sodrási technológiával készült árnyékolatlan sodrott érpárú (UTP) kábelek ugyanolyan vagy nagyobb zavarvédettséget is nyújtanak, mint az árnyékolt kábelek. A kategóriák közötti lényeges különbség a csavarás sűrűsége. Minél sűrűbb a csavarás, annál nagyobb az adatátviteli sebesség. A szigetelés, áthallás minőségétől függően a szabványügyi intézetek (EIA/TIA) több kategóriába sorolják a kábeleket (a kábelek megnevezése category, cat vagy level is lehet, ahol a lényeg a megnevezés utáni számban rejlik):

EIA/TIA kategória 3 (CAT 3): Átviteli paramétereit 16 MHz-ig adják meg. Tipikusan hang és maximálisan 10 Mbit/sec adatátvitelre használják.

EIA/TIA kategória 4 (CAT 4): Átviteli paramétereit 20 MHz-ig adják meg. Általában hang és maximálisan 16 Mbit/sec adatátvitelre használják.

EIA/TIA kategória 5 (CAT 5): Átvitel paramétereit 100 MHz-ig adják meg. Tipikusan nagy fontosságú alkalmazásoknál használják, maximálisan 1 Gbit/sec adatátviteli sebességig.

A csavart érpárak közül a legújabb a gigabites kábel, melynek paramétereit 1 Ghz-ig adják meg. A CATEGORY 6 típusú termék szabványosítása az utóbbi években történt meg.

Különféle kábeltípusok

Kábelek csatlakozói

Koaxiális kábelek

Ez a széles körben használt átviteli közeg egy tömör rézhuzalból áll, amely körül szigetelő van. A szigetelőt egy külső hengeres vezető veszi körbe, amelyet egy védő műanyagburkolat zár körül. Felépítésének köszönhetően nagyon védett zajokkal szemben, és hosszú távú átvitelre is alkalmas. Könnyen meghosszabbítható, a különféle kábeltoldók, szétválasztók, csatolók és jelismétlők segítségével. Két fajta koaxiális kábel létezik:
• Alapsávú: 50 ohm-os kábel, digitális átvitelt tesz lehetővé
• Szélessávú: 75 ohm-os kábel, analóg átvitelt tesz lehetővé

Alapsávú koaxiális kábelek

Ezeket a koaxiális kábeleket elterjedten használják lokális hálózatokban, valamint távbeszélőrendszerekben is nagytávolságú átvitelre. A mindenkori sávszélesség a kábel hosszától függ. 1 km-nél kisebb távolságon 10 Mbit/s-os átviteli sebesség valósítható meg.
Ezt az átviteli közeget napjainkban igen elterjedten alkalmazzák az Ethernet hálózatokban, ahol megkülönböztetünk vékony koaxiális (10Base2) és vastag koaxiális (10Base5) kábeleket. A típusjelzésben szereplő 2-es és 5-ös szám az Ethernet hálózatban kialakítható maximális szegmenshosszra utal: vékony kábelnél ez 200 méter, vastagnál 500 méter lehet. A digitális átviteltechnikában vékony koaxiális kábelek használatakor csatlakozásra BNC (Bayone-Neil-Councelman) dugókat és aljzatokat használnak.
Az így kiépített hálózatokban a számítógépek csatlakoztatása kétféleképpen oldható meg. Az első módszer a T-dugó behelyezésével, amely a kettévágott kábel két végét kapcsolja össze, és egy harmadik vezetékkel a számítógép csatlakozását is megoldja. A másik módszert a vámpír-csatlakozást a vastag koaxiális kábeleket alkalmazott Ethernet hálózatok kialakításánál alkalmazzák. A vastag kábel előnye, hogy lényegesen kisebb a csillapítása, mint a vékony változatnak, ezért nagyobb távolságok hidalhatók át vele. A vámpírcsatlakozó egy nagyon pontos kábelbe fúrt lyuk, amelynek a rézmagban kell végződnie. Ennek a T-dugóval szemben egy előnye van, hogy a kábelt nem kell elvágni. E két megoldásnak sok előnye és hátránya is van:
A T-dugó előnye, hogy egyszerű csatlakoztatást biztosít, viszont mivel a beszerelése a kábel kettévágását igényli, elkerülhetetlen a hálózat néhány percre való leállítása, és ez bizonyos rendszerek esetén nagy kárral járhat. Továbbá, minél több ilyen csatoló van egy hálózatban, annál nagyobb a valószínűsége a rossz összeillesztés miatt keletkező érintkezési hiba jelentkezésének.
A vámpír-csatlakozás esetén sokkal megbízhatóbb a létrehozott kapcsolat, de nagyon nehézkes az egyes újabb gépek hálózatba helyezése. Ugyanis, ha a lyukat túl mélyre fúrják, akkor előfordulhat, hogy a rézmag két egymással nem érintkező darabra válik szét. Ha viszont nem elég mély, akkor az érintkezési hibára emlékeztető jelenséget produkálhat. És ehhez a csatlakozáshoz használt kábelek sokkal vastagabbak és drágábbak, mint a T-dugó esetében.

Szélessávú koaxiális kábel

Ez a fajta kábelrendszer a kábeltelevíziózás szabványos kábelein keresztüli analóg átvitelt teszi lehetővé. A szabványos kábeltelevíziós technikából adódóan az ilyen szélessávú hálózatok esetén az analóg jelátvitelnek megfelelően, amely sokkal kevésbé kritikus, mint a digitális, a kábelek akár 100 km-es távolságra is 300 MHz-es, de akár néha 450 MHz-es jelek átvitelére is alkalmas.
A digitális jelek analóg hálózaton való átviteléhez minden interfésznek tartalmaznia kell egy konvertert, amely a kimenő digitális jeleket analóg jelekké, és a bemenő analóg jeleket digitális jelekké alakítja. A szélessávú rendszereket általában több csatornára osztják.
Az alapsávú és szélessávú technika közötti egyik legfontosabb különbség az, hogy a szélessávú rendszerekben analóg erősítőkre van szükség. Ezek az erősítők a jelet csak az egyik irányba tudják továbbítani, ezért csak szimplex adatátvitelt képesek megvalósítani. A probléma megoldására kétféle szélessávú rendszert találtak ki: az egykábeles, amelyben egyetlen kábelen két különböző frekvenciatartomány van az adó és a vevő között, és a kétkábeles rendszert, amelyben két azonos kábel fut egymás mellett. A két kábelen ellentétes irányú az adatforgalom.

Szélessávú koaxiális kábel

Üvegszálas kábel

A jelenlegi legkorszerűbb vezetékes adatátviteli módszer az üvegszál vagy más néven optikai technológia alkalmazása. Üvegszálas hálózat kiépítésére akkor kerül sor, ha különösen nagy elektromágneses hatások érik a vezetékeket vagy nagy távolságokat kell áthidalni. Itt a fényáteresztő anyagból készült optikai szálon tovahaladó fényimpulzusok szállítják a jeleket. Az optikai kábel egy olyan vezeték, amelynek közepén üvegszál fut. Ezt az üvegszálat gondosan kiválasztott anyagú burkolat veszi körül. A különleges anyag tulajdonsága, hogy az ide-oda cikázó fény sohasem tudja elhagyni a kábelt. Ezért a fény a vezeték elején lép be és a végén lép ki belőle. De így is meg kell erősíteni és újra kell rendezni a fényt. A legnagyobb áthidalható távolság manapság 80 kilométer, ami lényegesen hosszabb táv a hasonló rendű kábelekhez képest. Az adó, ami lehet LED vagy lézer, elektronikus adatot küld át a kábelen melyet előzőleg fotonná alakítottak. A fotonok hullámhosszai az 1200-1500-ig terjedő nanométer spektrumban lehetnek.
Az optikai átviteli rendszer három komponensből áll: az átviteli közegből (hajszálvékony üveg vagy szilikát), amit egy szilárd fénytörő réteg véd (szintén üveg vagy műanyag), a fényforrásból (LED vagy lézerdióda) és a fényérzékelőből (fotodióda). Az átvitel a fénysugár különböző közegek határán történő törésén alapul. A törés mértéke a két közeg tulajdonságaitól függ. Ha a beesési szög elér egy kritikus értéket, akkor a fénysugár már nem lép ki a levegőbe, hanem visszaverődik az üvegbe. A kritikus szögnél nagyobb beesési szöggel érkező sugarak a szálon belül maradnak. Az optikai szálak átviteli sebessége az alkalmazott fénytörési technikától függ, amelynek két módozata ismert: a multimódusú és a monomodusú szál.
A multimódusú szál esetében rengeteg fénysugár halad ide-oda verődve, különböző szögekben a szálban. A jelenleg kapható multimódusú optikai szálak 1 km-es távolságon 1300 nm hullámhossznál 500 Mbit/s-os, 850 nm hullámhossznál 160 Mbit/s-os átviteli sebességet érnek el.
Amennyiben a szál átmérője éppen a fény hullámhosszával egyenlő, akkor a szál hullámőrzőként működik, s a fény visszaverődés nélkül egyenes vonalban terjed, és csak egy módus alakul ki. A monomódusú szálak meghajtása (drága) lézerdiódákat igényel, de ugyanakkor sokkal hatékonyabb, és alkalmasabb nagyobb távolságok áthidalására.
Az optikai kábelezés sebessége és zavartűrése a ma ismert legjobb adatátviteli megoldássá teszi. Ára igen magas, hiszen egy irányba megy a fény, ezért dupla annyi egyébként is drága kábelre van szükség, és emiatt elsősorban nagy távolságok áthidalására érdemes alkalmazni. Kis távolságra való alkalmazása is indokolt lehet bizonyos környezetben, például orvosi munkahelyeken, speciális gyártóhelyeken, ipari környezetben, energetikai létesítményekben, kutató laboratóriumokban, valamint nagysebességű rendszereknél.
Az optikai kábel előnyei, hogy érzéketlen az elektromágneses zavarokra, nincs földpotenciál probléma, és nagy a sávszélessége, valamint erősítés nélkül igen nagy távolságra vihető el a jel vele. És még egy nagy előnye biztonságtechnikai szempontból, hogy nem hallgatható le.
Az adat továbbításának sebességével nincs gond, csakhogy az adatokat rendezni kell bizonyos távolságonként. A kábelen keresztül folyó fényt, manapság még át kell alakítani elektron folyammá, hogy azt felerősítsék. A fotonról elektronná, majd elektronról vissza fotonná alakítás nagyon lelassítja a folyamatot. Napjainkban már létezik olyan erősítő, amely nélkülözi a lassú foton, elektron, foton átalakításokat. Ezáltal nemcsak hogy gyorsabb és olcsóbb lesz az optikai kábelek piaca, de egyszerre több frekvenciát is tudnak erősíteni. Ezek után szükségszerű, hogy minél több hullámhosszt tudjanak belepréselni egyetlen kábelbe. Ez az eljárás a DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing - sűrített hullámhossz többszörözés). A többszöröző technológiával a kábel kapacitása a hullámhosszok számával növekszik. Ezek közül egyetlen egy több adatot képes szállítani, mint régebben egyetlen kábel. Képesek vagyunk akár 160 frekvenciát egyszerre elküldeni. Így a befogadóképesség 400 Gbit/s-ra növekedhet. Ezzel a technológiával az optikai kábelt használó társaságoknak nem kell több kábelt lefektetniük, ha sávszélesség növekedést akarnak elérni.
Sajnos a telekommunikációs hálózatokban A és B pont között nem egyetlen vonal fut. Ezért szükség van váltókra, amelyek elirányítják az adatokat a végállomás felé. Az IP (Internet Protokoll) megoldást használják jelenleg. Ebben az esetben az adatcsomagok rendelkeznek egy kézbesítési címmel, így a váltó könnyen leolvashatja ezeket. Ezt IP-címnek hívjuk. De ezek a váltók csak elektron folyamokat képesek kezelni. Ha azt akarjuk, hogy az adat A és B pont között minél kevesebb megszakítással, végig optikai kábelen fusson, meg kell oldani a hullámhosszok címzését.
A gyors optikai kábelek által nyújtott lehetőséget egyelőre csak az Internet2 névre hallgató tömörülés használja ki. A nonprofit társaságot 1996-ban alakították az Internetet lassúnak találó amerikai egyetemek és kutatóintézetek, amelyek honlapjain számos, a jelenleg ismert világhálón aligha végrehajtható projekt szerepel. A tagok között több mint 170 egyetem található, amelyek az internetes adatátviteli sebesség növelését, illetve hatékonyságjavítását kutatják, együttesen évi 80 millió dolláros ráfordítással. A projektbe - egyenként egyszeri 30 millió dollár befizetésével - olyan, a világháló fejlődésében érdekelt vállalatok is beszálltak, mint a Microsoft szoftveróriás, az Internet kapcsolóelemeinek zömét gyártó Cisco Systems vagy a Nortel Networks.