Построение пассивной оптической сети — PON

Для передачи информации от источника к получателю в современных проводных линиях связи используется два вида кабеля — витая пара и волоконно-оптический.

twistedpaircabels-2.jpg.pagespeed.ce.SBspF9di1F.jpg

Средой передачи в витой паре являются медные проводники, которые переносят электрический сигнал за счет разности потенциалов.

В оптическом кабеле в качестве среды используют кварцевые световоды, по которым фотоны переносятся за счет внутреннего отражения электромагнитных волн на границе двух сред с разным коэффициентом преломления.

Оба вида кабеля используются в телекоммуникационных и компьютерных сетях, хотя и имеют различные характеристики. В чем именно заключается выбор между разным видом кабеля?

Критерии выбора кабеля

Для построения ЛВС используют различное активное и пассивное оборудование, которое обеспечивает передачу информации по соответствующим каналам связи. Основным элементом пассивного оборудования является кабель. Понимая, чем отличаются оптоволокно и витая пара, можно сделать правильный выбор в пользу того или иного подключения.

Сегодня практически все локальные сети строятся по технологии Ethernet. Международные стандарты определяют главные характеристики кабельной линии, которые соответствуют различным модификациям Ethernet:

  • удельное затухание, которое определяет дальность передачи без использования усилителей
  • полоса пропускания — диапазон частот, в которых сигнал передается без искажения формы
  • пропускная способность
  • помехозащищенность
  • перекрестные наводки
  • максимальная длина сегмента кабельной линии

Эти параметры позволяет оценить отличия витой пары и оптоволокна.

Сети на основе витой пары

Впервые витая пара в качестве передающей среды была использована в модификации 10BASE-T. Конструкция кабеля представляет собой изолированные медные проводники, попарно скрученные для уменьшения влияния внешних электромагнитных полей. 

В кабеле категории 5 и выше каждая пара проводов свивается со своим шагом скрутки, что снижает перекрестные помехи.

Категория кабеля определяет полосу пропускания и скорость передачи данных. Снижение перекрестных помех достигается большим количеством витков на единицу длины.

Быстрый Ethernet и Гигабитный Ethernet использует соответственно 2 или 4 пары проводников кабеля категории 5е и 6 с повышенными требованиями к удельному затуханию сигнала. Используется дуплексный режим работы, при котором скорость передачи составляет 100Мбит/с и 1Гбит/с. Максимальная длина кабельного сегмента составляет 100м.

Низкая стоимость кабеля и простота монтажа делают его популярным при построении локальных сетей.

Необходимость увеличения скорости передачи, протяженность сети и длины сегмента без усилителей стало причиной применения в технологии Ethernet оптического кабеля.

Волоконно-оптический кабель

Стандарты Ethernet BASE-T 2,5Gb, 5Gb, 10Gb и выше разрабатываются, учитывая возможности оптоволокна, так как физические характеристики не позволяют использовать витую пару.

Оптоволоконный кабель по стандартам гигабитного Ethernet по всем физическим показателям выигрывает у медного:

  • небольшое затухание сигнала позволяют увеличить длину сегмента от 550м, при использовании многомодового волокна, до 100км для одномодового без усилителей
  • высокая пропускная способность, скорость передачи данных свыше 10Гбит/с
  • высокая помехозащищенность, диэлектрическая среда оптоволокна не восприимчива к внешним электромагнитным и перекрестным влияниям
  • максимальная протяженность сети — свыше 150км
  • высокая информационная безопасность
  • небольшая масса кабеля

К недостаткам ВОЛС можно отнести дорогостоящее активное оборудование, сложность и высокую стоимость монтажа, хрупкость оптических волокон и низкую гибкость кабеля.

Выбор среды передачи данных

Выбирая витую пару или оптоволокно необходимо оценивать не только физические характеристики канала связи, но и такие факторы, как:

  • стоимость кабеля и монтажа кабельной линии
  • надежность кабеля и коммутационных шнуров
  • стоимость ремонтных работ

По всем этим параметрам витая пара предпочтительнее оптического волокна. Кроме этого, все преимущества оптики в высокой скорости передачи данных на сегодняшний день являются фактически заделом на будущее.

Поэтому провайдеры используют оба кабеля для подключения к глобальной сети. Магистральные трассы прокладываются с помощью волоконно-оптического кабеля, а для клиентских локальных сетей целесообразно использовать витую пару.

Скоростной интернет, цифровое телевидение, мобильная связь возможны благодаря тонким стеклянным нитям, тянущимся по морскому дну между континентами. Если бы не оптоволокно, вы бы вряд ли читали эти строки.

Принципиальные основы этой технологии описаны еще в середине XIX века. Тогда в роли проводника сигнала пытались использовать воду – безуспешно. Подходящие для реализации смелой идеи материалы были разработаны только через сто с лишним лет.

Проводник для света

В обычном проводе сигнал передается по медной жиле. Информацию переносит поток электронов – электрический ток. Данные передаются зашифрованными в двоичном коде. Если импульс проходит – это обозначает единицу, не проходит – ноль.

В оптоволоконной линии связи принцип кодировки тот же, но информацию переносят фотоны или световые волны, точнее, и то, и другое одновременно. Ученые так долго спорили о природе света, что в конце концов объединили несовместимые теории. Но не нужно понимать квантово-волновой дуализм, чтобы разобраться, как свет используют для передачи информации в телекоммуникационных сетях.

Достаточно понять, как заставить свет течь по проводам на протяжении километров.

Первое, что приходит в голову, – зеркала.  Сделайте металлическую трубку и покройте изнутри гладким слоем, например, из серебра.

Свет, попав внутрь с одной стороны, будет отражаться от стенок, пока не достигнет выхода с другой стороны. Неплохая идея, но она не будет работать.

Во-первых, изготовление такой трубки нужной длины – чрезвычайно сложная, а значит и дорогая задача.

Во-вторых, коэффициент отражения серебра – 99%, то есть попавший в трубку свет будет терять энергию и уже через 100 отражений совершенно погаснет.

Гораздо лучше обойтись и без зеркал. Как это сделать, подскажут основы геометрической оптики, заложенные в XIX веке.

Основную идею легко продемонстрировать на примере аквариума. Луч света от источника под водой проходит через границу воды и воздуха –  двух сред с разными оптическими свойствами – и частично меняет направление движения, а частично отражается от границы двух сред как от зеркала.

Article24_1.jpg

Если угол падения луча уменьшать, в определенный момент свет перестанет выходить из воды вовсе и будет отражаться полностью, на 100%. Граница двух сред работает лучше всякого зеркала.

Article24_2.jpg

Как выяснилось, чтобы создать такую границу, вода не нужна. Подойдут любые два материала, по-разному пропускающие свет – имеющие разные коэффициенты преломления. Даже разницы в 1% достаточно для создания световода.

Стеклянные провода

В светильниках и игрушках световоды делают из пластмасс, но, чтобы получить пригодное для связи оптоволокно, необходимы более дорогие и более прозрачные материалы.

Ученые приспособили для этой цели кварцевое стекло. Сердцевину заготовки для оптоволокна чаще всего делают из чистого диоксида кремния. Внешний слой также создают из кварца, но с примесью бора или германия для снижения коэффициента преломления.

Article24_3.jpg

Раньше, чтобы получить такую заготовку, просто вставляли две стеклянные трубки друг в друга, но сегодня чаще поступают иначе. Полые трубки из чистого кварца наполняют смесью газов с высоким содержанием германия и медленно нагревают до тех пор, пока германий не осядет равномерным слоем на внутреннюю поверхность.

После того как на кварцевом стекле нарастет достаточно толстый слой оксида германия, трубу нагревают до размягчения и вытягивают до тех пор, пока полость внутри не схлопывается.

Так получается стержень диаметром от 1 до 10 сантиметров и длиной приблизительно 1 метр, уже содержащий в сердцевине кварц с добавкой германия, имеющий повышенный показатель преломления и оболочку из чистого кварца вокруг.

Такую заготовку доставляют на вершину башни высотой до нескольких десятков метров. Там нижнюю часть заготовки вновь нагревают до полутора тысяч градусов — почти что до точки плавления, и вытягивают из нее тончайшую нить. По пути вниз стекло остывает и окунается в ванну с полимером, который формирует на поверхности кварца защитный слой. Таким методом из одной заготовки получается до 100 км стекловолокна. У основания башни остывшее волокно наматывается на бобину.

Да, именно наматывается: как ни странно, кварцевое волокно легко гнется.

Получившиеся волокна собираются в пучки по несколько штук и запаиваются в полиэтилен. Затем из этих пучков сплетаются кабели.

Article24_4.jpg

В каждом кабеле может быть от двух-трех и до нескольких сотен световодов. Снаружи они для прочности оплетаются полимерной нитью и получают еще одну защитную оболочку из полиэтилена.

Преимущества и недостатки оптоволокна

Все эти сложности оправданы потому, что свет – самое быстрое, что есть во Вселенной.

Благодаря этому свойству света оптоволокно обладает непревзойденной информационной емкостью. Витая пара, подобная телефонной линии, или коаксиальный кабель, проводник с экраном, пропускают 100 мегабит в секунду.

Самый распространенный для компьютерных сетей восьмижильный кабель из 4 скрученных пар пропускает до 1000 мегабит в секунду. Оптоволокно по одной жиле — в три раза больше, до 3000 мегабит в секунду, а при помощи различных экспериментальных ухищрений можно преодолеть и этот порог.

К тому же оптоволокно значительно легче меди. При толщине 9 микрон – тоньше человеческого волоса – нить из кварца длиной 100 км весит около 15 г.

Практически все современные магистральные линии передачи данных проложены из оптоволоконных кабелей. Они связывают континенты, страны и дата-центры.

В крупных городах «оптика» используется и при подключении многоквартирных домов к мировой сети, но волокно прокладывается между провайдером и домом, а по квартирам разводится обычная витая пара.

При такой схеме подключения максимальная скорость доступа к сети для абонента по-прежнему не превышает 100 Мбит/с. Для сравнения, проведя оптический кабель прямо в квартиру, можно получить канал в 1 Гбит/с, и все же потребитель редко сталкивается с оптоволоконным Интернетом.

Дело не только в том, что оптоволокно дорого в производстве. Проложить кабель – это лишь начало. Сигналы, идущие по линии связи, с расстоянием накапливают ошибки и в конце концов вовсе затухают. У витой пары это происходит через 1 км, у коаксиального кабеля примерно через 5 км. После сигнал приходится восстанавливать и усиливать – регенерировать.

У оптоволокна дистанция регенерации в разы больше, но, каким бы чистым ни было кварцевое стекло, в нем остаются примеси, например, миллионные доли процентов воды.

Длина волокна может составлять сотни тысяч километров, но через 100–200 км затухание оптического сигнала все же себя проявляет.

Поэтому на линиях оптоволоконной связи устанавливаются промежуточные усилители, которые восстанавливают амплитуду оптического сигнала, и регенераторы, удаляющие помехи. Такое оборудование значительно более дорогое, чем усилители на традиционных линиях связи, и требует квалифицированного обслуживания.

Но главное, на данный момент гигабитные каналы связи мало востребованы обычными людьми. Возможно, с появлением умных домов, носимых компьютеров, распространением стриминга видео в сверхвысоком разрешении потребность в них возрастет, но пока скорости, предоставляемой витой парой, среднему потребителю вполне достаточно.

Даже не соприкасаясь с этой технологией напрямую, каждый из нас пользуется ее преимуществами. Стабильность подключения, малая задержка прохождения сигнала до самых удаленных серверов и высокая скорость получения ответа от них, возможность снять деньги в любом банкомате и совершить звонок в любую страну мира – все это заслуга оптоволокна, и конкурентов у него нет и в проекте.

Поделиться

Современный мир уже тяжело представить без интернета. Благодаря различным поисковым системам в Сети можно найти абсолютно любую информацию, провести свое свободное время за увлекающими играми онлайн. Кроме этого, через Всемирную паутину можно воспользоваться сервисами, которые облегчают нашу жизнь, а именно: доставка еды, такси, курьерские услуги и многое другое.

Сегодня интернет уже успел стать частью жизни современного человека. Практически все дела и развлечения так или иначе связаны с Глобальной сетью. Однако, чтобы обеспечить подключение, нужно выполнить сразу несколько условий. Тема нашего сегодняшнего разговора: «Что такое интернет-подключение? Типы подключения, их достоинства и недостатки».

Через кабель

В настоящее время этот вид подключения получил наибольшее распространение. Чтобы подключить себе кабельный интернет, нужно обратиться к провайдеру, который занимается обслуживанием вашего дома. Он протянет в квартиру провод, через который будет идти сигнал. Обычно для этой цели используется витая пара или оптоволокно. Рассмотрим особенности данных вариантов.

Витая пара

В этом случае из установленного в подъезде распределительного шкафа к вашей квартире подводится медный кабель, который затем подключается к компьютеру или маршрутизатору. По такому принципу обычно и осуществляется подключение в многоквартирных домах. В этом случае достаточно просто определить, соединение какого типа установлено в вашем доме. Если к вам в квартиру заходит тонкий провод, а скорость подключения в среднем составляет до 100 Мбит/с, то, скорее всего, используется витая пара. Если скорость больше, а шлейф толще, наверняка у вас оптоволоконное интернет-подключение. Типы подключения можно определить и по иным признакам.

Оптика

В случае использования оптического соединения в квартиру заводится кабель, который подсоединяется к специальному распределительному кабелю, установленному в доме. У этого вида соединения есть одно очень важное достоинство. Скорость в данном случае может достигать 1 Гбит/с. С помощью оптического кабеля вы сможете подключиться к Всемирной паутине и пользоваться услугами ТВ и телефона. При этом не нужно заводить в квартиру сразу три провода: за все виды подключения будет отвечать один шнур. Кабельный интернет может работать с сетевыми протоколами по двум протоколам: локальному и виртуальному.

Локальная сеть

Принцип работы кабельного подключения по локальному протоколу состоит в том, что ваш провайдер определяет вам отдельный IP. Все ПК поставщик связи объединяет в одну общую сеть, где каждый адрес контролируется. Этот тип соединения также может подразделяться в зависимости от использования статического или динамического IP. Проще всего применять динамический IP-адрес. Настройки осуществляет непосредственно провайдер интернета. Пользователю ничего корректировать не нужно.

Как узнать, какой тип подключения у вас? Если вы просто подключили к компьютеру кабель и интернет заработал, значит у вас динамический IP. При использовании статического IPOC будет запрашивать для входа дополнительные параметры. В плане обеспечения доступа к интернету статический вариант более сложен. Система перед каждым сеансом будет просить ввести данные. Всю необходимую информацию для подключения вы можете запросить у провайдера.

Для сервисов, которые все время запрашивают статический IP, этот адрес применять предпочтительнее. Как же в этом случае определить, что используется именно статический вариант? В большинстве современных роутеров, через которые осуществляется интернет-подключение, типы подключения определяются автоматически. Если у вас дешевый или старый роутер, то все необходимые данные вам может предоставить провайдер. Также специалисты помогут вам разобраться с конкретной моделью устройства. Судя по отзывам, в основном провайдеры подключают своих клиентов через статический IP-адрес. Широким внедрением «статики» занимается Ростелеком. Это связано с тем, что такое подключение облегчает процесс контроля каждого конкретного пользователя. Что касается качества соединения, то здесь все во многом определяется типом кабеля и оборудования пользователя.

Виртуальная сеть

VPN, или виртуальная частная сеть, работает по принципу использования зашифрованных протоколов. Обмен данными между провайдером и ПК пользователя кодируется, увеличивая безопасность в Сети. Есть всего два основных типа соединения VPN – PPTP и PPPoE. Одними из самых популярных являются протоколы PPPoE. Чтобы подключиться к интернету, вам потребуется логин и пароль. Операционная система Windows распознает PPPoE как высокоскоростное соединение с условным набором номера.

PPTP не получил широкого распространения, поскольку пользователю требуется вводить адрес сервера провайдера. Особенность PPTP – алгоритм шифрования. Какие операторы проводного интернета в нашей стране работают по такому протоколу? Самый популярный провайдер, который его использует, – «Билайн». Отзывы об этом виде подключения довольно неоднозначны. Многих не устраивает меняющаяся скорость потока данных, а для кого-то это некритично.

FTTB

На момент написания данного обзора самым популярным типом подключения к интернету является FTTB. При использовании такого типа соединения операторы проводного интернета устанавливают в доме коммутатор, взаимодействующий со станцией провайдера при помощи оптоволокна. К квартире абонента протягивается витая пара, которая вставляется в роутер или напрямую в ПК. По соотношению цена/качество такой тип является оптимальным. Скорость доступа может составлять до 1 Гигабита в секунду.

Использование комбинированных типов подключения

Какие бывают типы подключения к интернету? Комбинированное подключение объединяет в себе сразу несколько видов. Приоритетной в данном случае будет виртуальная сеть. В качестве дополнительных ресурсов можно использовать статические и динамические IP-адреса. Разница между этими типами состоит в способе ввода данных о сервере провайдера: ручном или автоматическом. В реальности такой тип подключения применяется достаточно редко. Часто он используется в офисных сетях с многоуровневой структурой.

Подключение через телефонную линию

Наверняка многие помнят времена, когда доступ в интернет осуществлялся через телефон. Сегодня доминируют оптоволоконные технологии. Однако по сей день есть территории, куда по ряду причин нельзя протянуть дорогостоящий кабель. В этом случае наличие домашнего телефона сильно выручает. Подключить интернет можно через Dial-Up или ADSL. Последнее позволяет работать на небольших скоростях порядка 10 Мегабит. Этого хватает для выполнения большинства задач. Чтобы полноценно работать по такой технологии, вам понадобится телефонный кабель и модем. При этом, если вы хотите, чтобы у вас работали и телефон, и Сеть, нужно использовать сплитер. Он отвечает за ответвление шлейфов на телефон и компьютер.

Доступ в интернет через Dial-Up-подключение можно уже назвать пережитком прошлого. При использовании такой технологии телефонная линия будет занята, если вы работаете в интернете. Скорость подключения будет составлять всего 56 Кбит/сек. На сегодняшний день этого уже недостаточно. Несмотря на все недостатки данной технологии, в труднодоступных территориях других вариантов просто не остается. Судя по отзывам пользователей, при использовании такого типа подключения даже просмотр ролика на YouTube становится проблемой.

Спутниковый интернет

Многих сегодня интересует, как подключить интернет через спутниковую тарелку. В настоящее время это один из самых дорогих видов соединения. Однако установить тарелку можно практически везде. Главное требование – хорошая видимость спутника. Для большинства крупных операторов это не проблема.

Спутниковая тарелка – это оптимальный ответ на вопрос: «Какой интернет лучше в частный дом?» С помощью спутниковой тарелки вы легко можете получить доступ к Сети даже в глуши, где нет никаких коммуникаций. Многие наверняка знают, по какому принципу работает спутниковое телевидение. Интернет через данное устройство работает по такой же схеме, различие заключается только в том, что на тарелку дополнительно ставится передатчик. Это необходимо для того, чтобы обеспечить двусторонний обмен информацией. Такой канал работает со скоростью в несколько десятков мегабит. Основной недостаток, характерный для этого типа подключения, – высокая цена оборудования и обслуживания. Тарифы на такой интернет просто заоблачные.

Wi-Fi

Многие наверняка знакомы с протоколами Wi-Fi и не понаслышке знают о том, что собой представляет беспроводное соединение. Как правило, Wi-Fi покрывают труднодоступные для кабельного подключения районы. Часто подключение такого типа используется в коттеджных поселках.

Чтобы обеспечить доступ в интернет, провайдер устанавливает базовые станции. Они покрывают сетью примерно 5-10 квадратных километров. Чтобы подключиться к Сети, пользователю необходимо использовать приемник. Если клиент находится на значительном удалении от станции, он может использовать специальную антенну, которая усиливает сигнал.

Встроенный Wi-Fi-модуль сегодня встречается на большинстве современных электронных устройств. Чтобы подключить их к Сети, достаточно просто выбрать правильную позицию из перечня и ввести пароль. Именно поэтому многие клиенты сегодня стараются установить подключение интернета через роутер Wi-Fi.

Кроме того, сегодня некоторые провайдеры пытаются продвигать технологию WiMAX. Она без проблем масштабируема и легка в развертывании, однако пока еще не смогла получить широкого распространения.

Заключение

Интернет сегодня охватил практически весь земной шар. Однако подключить его не так просто. Чтобы получить доступ к Сети, вам придется воспользоваться услугами одного из провайдеров. Жители крупных городов могут выбирать из нескольких вариантов соединения. В небольших поселках или деревнях, как правило, есть возможность подключиться только к одному, максимум к двум провайдерам. В этом случае можно попробовать установить интернет через спутниковую тарелку.

В данном обзоре были приведены основные принципы, по которым осуществляется интернет-подключение. Типы подключения рассматривались с указанием всех преимуществ и недостатков. Какой вариант выбрать — решайте самостоятельно. Исходите не только из того, какой тип соединения вам больше подходит. Немаловажна и финансовая составляющая.

Похожие статьи

Используемые источники:

  • https://cabelcenter.com.ua/articles/vitaya-para-ili-optovolokno/
  • https://blog.onlime.ru/2018/01/17/chto_takoye_i_kak_rabotayet_optovolokno/
  • https://www.syl.ru/article/367347/podklyuchenie-k-internetu-tipyi-podklyucheniya-ih-harakteristiki-preimuschestva-i-nedostatki

Рейтинг автора
5
Подборку подготовил
Андрей Ульянов
Наш эксперт
Написано статей
168
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации