Csavart érpáras kábel

A legrégebbi, azonban még ma is használt átviteli közeg a csavart, vagy sodrott érpár. A csavart érpár két szigetelt, egymásra spirálisan felcsavart rézvezeték. A gyakorlatban több csavart érpárt szoktak összefogni egy közös védőköpenybe. A csavarás az egymás mellett levő erek egymásra gyakorolt elektromágneses hatásának kiküszöbölését szolgálja.

UTP kábel keresztmetszete

A csavart érpáras kábeleknek két fő típusa van. Az egyikben az érpárak összefogásához csak egyszerű szigetelőanyagot használnak. Ezt a változatot UTP-kábelnek (Unshielded Twisted Pair) nevezzük.

STP kábel keresztmetszete

A másik típus az STP-kábel (Shielded Twisted Pair), amelynél a csavart érpárat kívülről egy árnyékoló fémszövet burokkal is körülveszik. Ez a típus kevésbé érzékeny az elektromos zavarjelekre, nagyobb távolságú, vagy nagyobb sebességű átvitel esetén használják.

A csavart érpáras kábelek alkalmasak mind az analóg, mind pedig a digitális jelátvitelre. Ilyen kábeleket alkalmazva fizikai közegként a számítógép-hálózatokban, a maximális adatátviteli sebesség akár Gbit/s nagyságrendű is lehet, a távolságtól és az alkalmazott kábel típusától függően.

A csavart érpárak szabványos osztályozását a következő táblázat tartalmazza.

Kábelek típusa, kategóriái	Adatátviteli sebesség	Felhasználási terület
CAT1	100 Kbit/s	hangátvitel (telefonvonal)
CAT2	4 Mbit/s	Local Talk
CAT3	10 Mbit/s	Ethernet
CAT4	20 Mbit/s	16 Mb/s Token Ring
CAT5	100 Mbit/s	Fast Ethernet
CAT5e	1 Gbit/s
CAT6	> 1 Gbit/s
CAT7	> 1 Gbit/s	Gigabit Ethernet

A számítógép-hálózatokban alkalmazott csavart érpáras kábelek négy érpárat tartalmaznak. Ezekben a kábelekben az érpárak közötti leglényegesebb különbség az egységnyi hosszra jutó csavarások száma, azaz a csavarás sűrűsége. Minél sűrűbb a csavarás, annál gyengébb az érpárak egymásra gyakorolt hatása és annál nagyobb az adatátviteli sebesség. Az adatátviteli sebesség növelhetőségének további két fontos tényezője az érpárak árnyékolása és az érpárak egymástól való távolsága.

S/UTP kábel keresztmetszete

Ennek megfelelően kifejlesztették az úgynevezett védett csavart érpáras S/UTP (Screened Unshielded Twisted Pair) és S/STP (Screened Shielded Twisted Pair) kábeleket. Ez utóbbiban a négy érpár között egy távtartó
S/STP kábel keresztmetszete
fut végig a védőköpenyen belül.

Az UTP kábeleknél általában az RJ-45 típusjelű csatlakozót használják az eszközök összekapcsolására. Ethernet hálózatokban a 3. kategóriájú kábeleket 10Base-T néven specifikálták, ahol a "T" a twisted szót jelöli. A további kategóriákra a 100Base-T, 1000Base-T neveket is alkalmazzák.

Koaxiális kábelek

Egy másik széles körben használt kábeltípus a koaxiális kábel. Két fajtáját alkalmazzák:

alapsávú és
szélessávú

változatot.

Az alapsávú koaxiális kábelt digitális jelátvitelre, a szélessávú koaxiális kábelt pedig analóg átvitelre használják. Csatlakozásra BNC (Bayone-Neil-Councelman) dugókat, aljzatokat és lezárókat használnak.

A koaxiális kábelek három lényeges jellemzője van:

hullámellenállás (Z0),
hosszegységre eső késleltetési idő,
hosszegységre eső csillapítás.

Leggyakrabban 50 Ω és 75 Ω hullámellenállású kábelt használnak: az 50 Ω-ost alapsávú, a 75 Ω-ost szélessávú hálózatokban. Ez utóbbival azonban alapsávúként is találkozhatunk, főként akkor, ha a hálózat alapsávúként és szélessávúként egyaránt működhet.

Koax kábel szerkezete

A késleltetési idő a kábel szigetelésének permittivitásától (dielektromos állandójától) függ. A nagy késleltetési idő a hálózatok működése szempontjából hátrányos, ezért csökkentésére törekednek. Igyekeznek minél kisebb permittivitású szigetelőanyagot alkalmazni. A késleltetési idő még az anyag szerkezetének lyukacsossá tételével tovább csökkenthető.

A kábel okozta veszteség az ohmos komponensekből, a dielektrikumban keletkező és a sugárzás okozta veszteségekből tevődik össze. A frekvencia növekedésével a bőrhatás is jelentkezik. A tömör központi huzallal készülő kábel késleltetése és csillapítása kisebb, mint a több összesodrott fémszálat alkalmazóé. A tömör huzalú kábel viszont merevebb, mint a sodrott változat. Az egyszeres árnyékoló harisnya nem fed tökéletesen, nem véd teljesen a környezet zavaraitól, ezért kettős árnyékoló harisnyát vagy egyszeres és kétszeres alumíniumfólia árnyékolást használnak olyan kábelekben, amelyeket zavarokkal erősen terhelt környezetben alkalmaznak.

Alapsávú koaxiális kábel

Alapsávú koax kábel Az alapsávú koaxiális (RG-58) kábeleket leggyakrabban helyi számítógép-hálózatok kialakítására alkalmazzák. Az alapsávú koaxiális kábelek jellemző maximális adatátviteli sebessége 100 Mbit /s 1 km-es szakaszon. Az átviteli sávszélesség nagymértékben függ a távolságtól. Tehát kisebb távolságon nagyobb sebesség is elérhető.

Ethernet hálózatokban az alapsávú koaxiális kábelek két típusa ismert, az ún. vékony (10Base2) és a vastag (10Base5). 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 kábeleket Arcnet és Ethernet helyi hálózatok kialakításánál használnak. Csatlakozásra BNC (Bayone-Neil-Councelman) dugókat és aljzatokat használnak.

A vastag koaxiális kábeleket is az Ethernet hálózatok kialakításánál alkalmazzák. A vastag kábel előnye, hogy lényegesen kisebb a csillapítása mint a vékony változatnak, ezért nagyobb távolságok hidalhatók át vele. Mivel a kábel vastagságánál fogva merev, ezért nehezen szerelhető. Csatlakozások kialakítására vámpírcsatlakozókat alkalmaznak. Ez a kábelre kívülről rásajtolt csatlakozó, amely a rásajtoláskor úgy szúrja át a kábel szigetelését, hogy a külső árnyékolással és a belső vezetékkel is önálló elektromos érintkezést biztosít.

Szélessávú koaxiális kábel

A másik fajta koaxiális kábelrendszer a kábeltelevíziózás szabványos kábelein keresztüli analóg átvitelt teszi lehetővé. Mivel ezek a szélessávú hálózatok a szabványos kábeltelevíziós technikát használják, ezért az analóg jelátvitelnek megfelelően — amely sokkal kevésbé kritikus mint a digitális — a kábelek közel 100 km-es távolságig 300 MHz-es (időnként 450 MHz-es) jelek átvitelére alkalmasak. Digitális jelek analóg hálózaton keresztül átviteléhez minden interfésznek tartalmaznia kell egy konvertert, amely a kimenő digitális jeleket analóg jelekké, és a bemenő analóg jeleket digitális jelekké alakítja. Egy 300 MHz-es kábel tipikusan 150 Mbit/s-os adatátvitelt tesz lehetővé. Mivel ez egy csatorna számára túlzottan nagy sávszélesség, ezért a szélessávú rendszereket általában több csatornára osztják.

Az egyes csatornák egymástól függetlenül képesek pl. analóg televíziójel, csúcsminőségű hangátviteli jel, vagy digitális jelfolyam átvitelére is. Az alapsávú és a 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 fejlesztettek ki: a kétkábeles és az egykábeles rendszert.

A kétkábeles rendszerben két azonos kábel fut egymás mellett. A két kábelen ellentétes irányú az adatforgalom. Egykábeles rendszerben egyetlen kábelen két különböző frekvenciatartomány van az adó (adósáv) és a vevő (vevősáv) részére.

A szélessávú rendszerek nagy előnye, hogy egyazon kábelen egyidejűleg egymástól függetlenül többféle kommunikációt valósíthatunk meg, hátránya azonban a telepítés és az üzemeltetés bonyolultsága és a jelentős költségek.

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 (InternetProtokoll) 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.

Műszaki informatika jegyzet