Коаксиальный кабель как основа ethernet

Обновлено: 04.07.2024

Подключение интернета – процесс вполне простой и не требует огромного количества знаний. Тем не менее большую роль в таком деле играет выбор сетевого оборудования, обеспечивающего качественное соединение и скорость интернета. Существует множество вариантов для подключения компьютера к сети, поэтому выбрать хороший кабель для широкополосного подведения не так уж просто. Изучая виды кабелей, можно наткнуться на коаксиальные электропровода для интернета, которые имеют свои особенности и уже достаточно редко используются для покрытия сетью. Место коаксиалов заняли витые пары, но все же первые еще встречаются в системах связи. В статье поговорим о подключении интернета через коаксиальный кабель.

Что это такое?

Коаксиальный электропровод представляет собой одинарный шнур из меди, изолированный пеной и окруженный специальным металлическим экраном, поверх покрытый защитой из пластика. Благодаря такой защите кабель является высокочастотным и передает широкий диапазон волн.

Существует два вида этого кабеля. Первый RG-58/U имеет диаметр всего полсантиметра, из-за повышенной гибкости его пропускная способность составляет до 10 мегабит в секунду.

Толстый коаксиальный шнур имеет повышенную жесткость. Две категории RG-11 и RG-8 обеспечат сопротивление 75 и 50 Ом соответственно.

Молодые инженеры уже не застали того периода, когда коаксиалы были основой всего сетевого оборудования в стране. Прежде они использовались во многих отраслях, ведь некоторые их характеристики выше, чем у витой пары. Из-за появления витой пары данный вид кабеля медленно вытесняется из применения: у него отличаются скорость передачи информации, практичность в установке и обслуживании.

Однако коаксиальный кабель все еще занимает свою нишу в спутниковом оборудовании и телекоммуникационных устройствах.

Преимущества и недостатки коаксиалов для интернет-сервера

Старые электропровода имеют несколько положительных характеристик, которые позволяют им конкурировать с остальными типами кабелей. Специалисты говорят, что коаксиал можно усовершенствовать либо же он вовсе останется в прошлом из-за появления современных агрегатов для создания сети. Итак:

Электропроводка используется универсально: для трасляции речи, передачи информации и данных, для телевидения, радио и сетевого оборудования.
Модуль вполне просто устанавливается.
Кабель имеет среднюю стоимость, если сравнивать его с оптиволоконным или дорогой витой парой.
Низкий риск получения несанкционированного доступа для считывания информации злоумышленниками.

Другие положительные характеристики:

Дальнобойность соединения.
Достаточно широкая пропускная способность.
Стабильная многочастотная работа.
Низкий уровень затухания.
Недорогое обслуживание.
Большая устойчивость к посторонним сигналам и радиоволнам.

Наряду с положительными характеристиками есть и отрицательные:

Кабель очень хрупкий, его нужно аккуратно устанавливать (особенно если это толстый тип кабеля).
Работать с коаксиалом сложнее, чем с витой парой.
Коннекторы для провода имеют высокую стоимость, к тому же их сложно устанавливать на шнур.
Необходимо покупать специальные инструменты для крепления.

Выбор сетевого кабеля зависит от ваших потребностей и типа сети. Каждый пользователь сможет найти идеальный вариант по стоимости и пропускным характеристикам. Идеальным вариантом может стать и коаксиальный кабель, если он решит поставленные вами задачи.

Кто-то считает, что это очевидные вещи, другие скажут, что скучная и ненужная теория. Тем не менее на собеседованиях периодически можно услышать подобные вопросы. Мое мнение: о том, о чем ниже пойдет речь, нужно знать всем, кому приходится брать в руки «обжимку» 8P8C (этот разъем обычно ошибочно называют RJ-45). На академическую глубину не претендую, воздержусь от формул и таблиц, так же за бортом оставим линейное кодирование. Речь пойдет в основном о медных проводах, не об оптике, т.к. они шире распространены в быту.

Технология Ethernet описывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный. Дальше будем говорить только о физическом, т.е. о том, как передаются биты между двумя соседними устройствами.

Технология Ethernet — часть богатого наследия исследовательского центра Xerox PARC. Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель — разделяемая среда передачи. Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется шина. Однако если хотябы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией, а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи — доменом коллизий. Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналов в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого — фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.

Диаметр коллизионного домена и минимальный размер кадра

Таким образом чем больше потенциальный размер сегмента сети, тем больше накладных расходов уходит на передачу порций данных маленького размера. Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.

Витая пара и дуплексный режим рабты

Витая пара в качестве среды передачи отличается от коаксиального кабеля тем, что может соединять только два узла и использует разделенные среды для передачи информации в разных направлениях. Одна пара используется для передачи (1,2 контакты, как правило оранжевый и бело-оранжевый провода) и одна пара для приема (3,6 контакты, как правило зеленый и бело-зеленый провода). На активном сетевом оборудовании наоборот. Не трудно заметить, что пропущена центральная пара контактов: 4, 5. Эту пару специально оставили свободной, если в ту же розетку вставить RJ11, то он займет как раз свободные контакты. Таким образом можно использовать один кабели и одну розетку, для LAN и, например, телефона. Пары в кабеле выбраны таким образом, чтоб свести к минимуму взаимное влияние сигналов друг на друга и улучшить качество связи. Провода одной пару свиты между собой для того, чтоб влияние внешних помех на оба провода в паре было примерно одинаковым.
Для соединения двух однотипных устройств, к примеру двух компьютеров, используется так называемый кроссовер-кабель(crossover), в котором одна пара соединяет контакты 1,2 одной стороны и 3,6 другой, а вторая наоборот: 3,6 контакты одной стороны и 1,2 другой. Это нужно для того, чтоб соединить приемник с передатчиком, если использовать прямой кабель, то получится приемник-приемник, передатчик-передатчик. Хотя сейчас это имеет значение только если работать с каким-то архаичным оборудованием, т.к. почти всё современное оборудование поддерживает Auto-MDIX — технология позволяющая интерфейсу автоматически определять на какой паре прием, а на какой передача.

Возникает вопрос: откуда берется ограничение на длину сегмента у Ethernet по витой паре, если нет разделяемой среды? Всё дело в том, первые сети построенные на витой паре использовали концентраторы. Концентратор (иначе говоря многовходовый повторитель) — устройство имеющее несколько портов Ethernet и транслирующее полученный пакет во все порты кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом если концентратор начинал принимать сигналы сразу с двух портов, то он не знал, что транслировать в остальные порты, это была коллизия. То же касалось и первых Ethernet-сетей использующих оптику (10Base-FL).

Зачем же тогда использовать 4х-парный кабель, если из 4х пар используются только две? Резонный вопрос, и вот несколько причин для того, чтобы делать это:

4х-парный кабель механически более надежен чем 2х-парный.
4х-парный кабель не придется менять при переходе на Gigabit Ethernet или 100BaseT4, использующие уже все 4 пары
Если перебита одна пара, можно вместо нее использовать свободную и не перекладывать кабель
Возможность использовать технологию Power over ethernet

Не смотря на это на практике часто используют 2х-парный кабель, подключают сразу 2 компьютера по одному 4х-парному, либо используют свободные пары для подключения телефона.

Gigabit Ethernet

В отличии от своих предшественников Gigabit Ethernet всегда использует для передачи одновременно все 4 пары. Причем сразу в двух направлениях. Кроме того информация кодируется не двумя уровнями как обычно (0 и 1), а четырьмя (00,01,10,11). Т.е. уровень напряжения в каждый конкретный момент кодирует не один, а сразу два бита. Это сделано для того, чтоб снизить частоту модуляции с 250 МГц до 125 МГц. Кроме того добавлен пятый уровень, для создания избыточности кода. Он делает возможной коррекцию ошибок на приеме. Такой вид кодирования называется пятиуровневым импульсно-амплитудным кодированием (PAM-5). Кроме того, для того, чтоб использовать все пары одновременно для приема и передачи сетевой адаптер вычитает из общего сигнала собственный переданный сигнал, чтоб получить сигнал переданный другой стороной. Таким образом реализуется полнодуплексный режим по одному каналу.

Дальше — больше

10 Gigabit Ethernet уже во всю используется провайдерами, но в SOHO сегменте не применяется, т.к. судя по всему там вполне хватает Gigabit Ethernet. 10GBE качестве среды распространения использует одно- и многомодовое волокно, с или без уплотнением по длине волны, медные кабели с разъемом InfiniBand а так же витую пару в стандарте 10GBASE-T или IEEE 802.3an-2006.

40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE). Разработка этих стандартов была закончена в июле 2010 года. В настоящий момент ведущие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Juniper Networks и Huawei уже заняты разработкой и выпуском первых маршрутизаторов поддерживающих эти технологии.

В заключении стоит упомянуть о перспективной технологии Terabit Ethernet. Боб Меткалф, создатель предположил, что технология будет разработана к 2015 году, и так же сказал:

Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое

UPD: Спасибо хабраюзеру Nickel3000, что подсказал, про то что разъем, который я всю жизнь называл RJ45 на самом деле 8P8C.
UPD2:: Спасибо пользователю Wott, что объяснил, почему используются контакты 1,2,3 и 6.

Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального провода и металлической оплетки, разделенных между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и помещенных в общую внешнюю оболочку

Коаксиальный кабель ранее был достаточно распространен, что связано с его высокой помехозащищенностью (благодаря металлической оплетке), а также более высокими, чем в случае витой пары, допустимыми скоростями передачи данных (до 500 Мбит/с) и большими допустимыми расстояниями передачи (до километра и выше). К нему труднее механически подключиться для несанкционированного прослушивания сети, он также дает заметно меньше электромагнитных . излучений вовне. Однако монтаж и ремонт коаксиального кабеля существенно сложнее, чем витой пары, а стоимость его выше. Сложнее и установка разъемов на концах кабеля. Поэтому его сейчас применяют реже, чем витую пару.

Основное применение коаксиальный кабель находит в сетях с топологией типа «шина». При этом на концах кабеля обязательно должны устанавливаться терминаторы для предотвращения внутренних отражений сигнала, причем один (и только один!) из терминаторов должен быть заземлен. Без заземления металлическая оплетка не защищает сеть от внешних электромагнитных помех и не снижает излучение передаваемой по сети информации во внешнюю среду. Но при заземлении оплетки в двух или более точках из строя может выйти не только сетевое оборудование, но и компьютеры, подключенные к сети. Терминаторы должны быть обязательно согласованы с кабелем, то есть их сопротивление должно быть равно волновому сопротивлению кабеля. Например, если используется 50-омный кабель, для него подходят только 50-омные терминаторы.

Реже коаксиальные кабели применялись в сетях с топологией «звезда» и «пассивная звезда» (например, в сети Arcnet). В этом случае проблема согласования существенно упрощается, так как внешних терминаторов на свободных концах не требуется.

Волновое сопротивление кабеля указывается в сопроводительной документации. Чаще всего в локальных сетях применялись 50-омные (например, RG-58, RG-11) и 93-омные кабели (например, RG-62). 75-омные кабели, распространенные в телевизионной технике, в локальных сетях не используются. Вообще, марок коаксиального кабеля значительно меньше, чем кабелей на основе витых пар. Он не считается особо перспективным – в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet не предусмотрено применение коаксиальных кабелей.

тонкий (thin) кабель, имеющий диаметр около 0,5 см, более гибкий;
толстый (thick) кабель, имеющий диаметр около 1 см, значительно более жесткий. Он представляет собой классический вариант коаксиального кабеля, который уже давно полностью вытеснен более современным тонким кабелем.

Тонкий кабель используется для передачи на меньшие расстояния, чем толстый, так как в нем сигнал затухает сильнее. Зато с тонким кабелем гораздо удобнее работать: его можно оперативно проложить к каждому компьютеру, а толстый требует жесткой фиксации на стене помещения. Подключение к тонкому кабелю (с помощью разъемов BNC байонетного типа) проще и не требует дополнительного оборудования, а для подключения к толстому кабелю надо использовать специальные довольно дорогие устройства (vampire tap - зуб вампира), прокалывающие его оболочки и устанавливающие контакт как с центральной жилой, так и с экраном. Толстый кабель к тому же примерно вдвое дороже, чем тонкий, поэтому обычно применяется только тонкий кабель.

Типичные величины задержки распространения сигнала в коаксиальном кабеле составляют для тонкого кабеля около 5 нс/м, а для толстого — около 4,5 нс/м.

Существуют варианты коаксиального кабеля с двойным экраном (один экран расположен внутри другого и отделен от него дополнительным слоем изоляции). Такие кабели имеют лучшую помехозащищенность и защиту от прослушивания, но они немного дороже обычных.

В настоящее время считается, что коаксиальный кабель устарел, в большинстве случаев его вполне может заменить витая пара или оптоволоконный кабель. Новые стандарты на кабельные системы уже не включают его в перечень типов кабелей.

Расскажу о технологии EOC из своего опыта работы с ней.

Шел 2013 год. Как-то раз, вернувшись из командировки с далекого севера в свой родной город, наткнулся на объявление в газете о поиске инженера в области телекоммуникаций. К слову, занимаюсь я строительством линий связи и так как до следующей командировки было около месяца, просто взял и позвонил "забавы ради". На следующий день мне назначили собеседование.

Итак, я явился в назначенное время, немного подождал в приемной, и меня пригласили к руководителю. Передо мной сидел человек лет пятидесяти. Он представился, и не давая сказать мне ни слова, начал рассказывать о своей компании. Компания предоставляла услуги в области кабельного телевидения. И так я узнал, что в компании сейчас не лучшие времена - спрос на кабельное телевидение падает, абонентская база уменьшается, а вслед за ней и доходы. Спасти положение, по его мнению, должно внедрение новой услуги. Услуга эта как вы догадались "Доступ в Интернет". Но вот развитие нового направления связано с множеством технических нюансов.

И вот некоторые из них:

На какой технологии доступа остановиться?

GPON, FTTB, а может быть DOCSIS? Сеть то коаксиальная.

Какое оборудование потребуется для узла связи?

Какая потребуется разрешительная документация?

Вот такие вопросы он задавал, и у него была полная каша в голове. К тому же, он рассказал, что в одном из журналов, специализирующихся на КТВ (последнее время уже не только ТВ), наткнулся на статью, в которой рассказывалось об одном из приморских интеграторов, которые применили технологию EoC (Ethernet через коаксиал). Что это за зверь и с чем его едят, мне пришлось узнать впоследствии.

Вот такой вот стартап. И что вы думаете? Я, конечно же, согласился в этом поучаствовать. На тот момент с финансами было все в порядке (на севере очень хорошо платили), ну и до следующей командировки, повторюсь, был целый месяц. Как потом оказалось, для меня этот стартап затянулся аж на пять долгих лет. Но обо всем по порядку, я же обещал рассказать о технологии EoC.

На тот момент информации об этой технологии было совсем немного. Пришлось внедрять ее методом проб и ошибок.

EthernetOverCoaxial (EoC) - это технология передачи информации на последней миле, которая в качестве среды использует обычный телевизионный коаксиальный кабель.
Технология EoC (Ethernet через коаксиал) позволяет оперативно подключать новых абонентов по коаксиальной линии без протяжки новых кабелей. Это значительно расширяет количество потенциальных клиентов, возможности получения прибыли, снижает затраты.
На сегодняшний день порядка 10 компаний производят оборудование EoC стандарта HomePlug AV. Принципиальных отличий между устройствами одного стандарта у различных производителей нет, но среди прочих выгодно отличается, например, оборудование производства "C-Data Technologies". Главный недостаток решения в том, что все три поколения систем EOC не взаимозаменяемы. То есть, Мастер Homeplug AV будет работать только с абонентскими устройствами своего стандарта. Этот факт, естественно, заставляет более критично подойти к вопросу выбора стандарта системы на раннем этапе проектирования и существенно осложняет последующую модернизацию.

Оборудование EoC (ethernet over coaxial) представляет собой два вида устройств: EoC master и EoC slave.

EoC master. Вот как выглядит этот красавец.

Модем EoC master устанавливается на доме рядом с оптическим приемником оператора и выполняет роль коммутатора второго уровня. Сигнал передачи данных заходит в него по оптической или медной линии от медиаконвертера, как и сигнал от оптического приемника, а на выходе он модулируется вместе с телевизионным сигналом и идет в коаксиальную сеть до абонента.

Головной модем (EoC Master) поддерживает за собой 64 абонентских модема (EoC Slave). Цена этого устройства порядка 180$.

EoC slave (абонентское оборудование)

Модем EoC slave - у абонента и разделяет сигнал передачи данных и телевизионный. Компьютер абонента может быть подключен к Ethernet-порту модема кабелем или через Wi-Fi. Цена такого устройства составляет порядка 60 $.

Казалось бы, не технология, а просто "сказка для КТВ". Сеть строить не надо, можно подключать на существующую. Кабеля в квартиры абонентов тянуть не нужно они уже там есть. И еще, в отличие от технологии DOCSIS для Ethernet over Coaxial не требуется приобретение дорогостоящего головного оборудования.

Другими словами, вся эта система Мастер-Слейвы представляет собой как бы распределённый Ethernet коммутатор второго уровня Магистральный порт которого расположен непосредственно у домового оборудования сети (мастер), а LAN-порты – непосредственно в квартирах абонентов (слейвы).

Структурная схема сети на базе EOC

Диапазон рабочих частот 7,5. 870 МГц;
Диапазон рабочих частот ТВ 47. 870 МГц;
Диапазон рабочих частот канала передачи данных 7,5. 65 МГц;
Схема распределения частот - OFDM;
Автоматический адаптивный выбор типа модуляции в зависимости ОСШ канала - BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 128QAM, 256QAM;
Максимальное затухание линии на участке Master-Slave (бюджет линии) - 80 дБ;
Скорость на физическом уровне 500 Мбит/с;
Скорость передачи на IP уровне не менее 60 Мбит/с (возможность удалённой установки шейпера по каждому слейву отдельно);
Up-link интерфейс - 1000 Base-T;
Поддержка VLAN;
Поддержка DCHP;
Возможность дистанционного обновления ПО Мастера и Слейвов;
Управление: Web, Telnet.

На этом, наверное, плюсы этой технологии и заканчиваются. А теперь, пожалуй, поговорим о трудностях с которыми нам пришлось столкнутся при внедрении этой технологии в "живую" коаксиальную сеть КТВ.

В мастер-модеме Ethernet over Coaxial применяется технология HomePlug AV и для передачи данных используется частотный диапазон 7,5-65 МГц.

Частотный диапазон 7,5-65 МГц – это очень важно. То есть, мастер-модем занимает эту полосу частот. И поначалу мы долго не могли разобраться, почему же у абонентов где стоит этот девайс очень плохо показывали каналы из нижнего диапазона. Помог только перенос каналов из этого диапазона.

Забыл сказать, что КТВ сеть – это усилители, усилители и еще раз усилители. А это еще одна проблема, потому что для установленных усилителей нужно было делать обход при помощи диплексорных фильтров или тянуть до усилителя витую пару, поставив рядом с ним еще один мастер-модем EoC.

Диплексор сдвоенный PLDD

Вот такой девайс необходимо было поставить дополнительно к установленному усилителю. Как правило они делались под заказ около 20-25 дней и стоили 10 $.

Производитель анонсировал внедрение EOC-мастеров на один многоквартирный дом. Мы же запускали сигнал от этого устройства на целые кварталы. И это работало. Максимальное расстояние, на котором находился абонентский slave от мастер-модема – 800 метров. Главное, нужно было соблюдать бюджет пассивной коаксиальной линии не более 80 дБ.

Скорость скачивания к абоненту составляла около 60 Мбит/с (download) и столько же от абонента. При одновременной работе нескольких слэйв-модемов скорость динамически распределялась между ними. На этом фоне EOC проигрывал в показателях скорости обычному Ethernet.

Расчет экономики внедрения технологии.

Возьмем для сравнения классический Ethrernet. В качестве примера в- пятиэтажный, четырёхподъездный жилой дом.

Подключение 20 процентов абонентов - 12 квартир (на самом деле - очень хороший начальный процент проникновения для доступа в интернет).

Взяты примерные средние расценки на работы, оборудование и материалы. Цены указаны 2013 года, на момент написания статьи этот ценник можно смело умножить на два.

При условии выдачи абоненту оборудования ЕОС бесплатно затраты составят 29500 руб. Но есть варианты предоставить его в рассрочку, например на год, или заложить в стоимость подключения.

Откройте браузер IE, введите IP-адрес EOC, появится интерфейс входа в систему:

Имя пользователя по умолчанию - "admin", а пароль - "admin".

ПРИМЕЧАНИЕ. IP-адрес по умолчанию для локальной сети - 192.168.2.2, а IP-адрес по умолчанию для глобальной сети - 192.168.1.2.

Есть две основные зоны: зона меню и рабочая зона. Слева - область меню, справа - рабочая область.

ПРИМЕЧАНИЕ. Пожалуйста, подождите, авторизация займет около 1 минуты.

Нажмите "онлайн", и вы увидите список подключенных slave модемов:

Именно в этом меню можно посмотреть параметры затухания сигнала, сигнал/шум, скорость загрузки и скорость отдачи. В свою очередь, на основании этих показателей можно было судить о состоянии коаксиальной сети. Это стало настоящим бедствием для техников КТВ потому как нужно было более тщательно следить за контактами на абонентских разветвителях, магистральных и домовых усилителях, чтобы обеспечить стабильную и надежную работу модемов EOC. Учитывая тот факт, что коаксиальная сеть находилась в ужасном состоянии потребовалась полная ее реконструкция. В частности строительство волоконно-оптических линий связи до каждого дома, установка оптических приемников КТВ, замена распределительной сети на домах. На это потребовалось около года. Шел планомерный приток абонентской базы.

Однако наступил день, когда с экранов телевизоров объявили, что "КРЫМ СНОВА НАШ". "Западные партнеры" начали вводить санкции в отношении России, а доллар начал бить все новые рекорды стоимости по отношению к рублю. Тогда стало ясно, что безоблачные времена позади, а штиль на российском рынке сменился бурей. К этому моменту абонентская база на этой технологии составляла порядка 300 абонентов. И стало понятно, что дальнейшее внедрение просто-напросто экономически невыгодно. На смену EOC стали внедрять Ethernet и постепенно демонтировать остатки этой технологии. Но до сих пор, по моим сведениям, еще около 100 абонентов пользуется EOC. Я пробовал найти интернет-провайдеров в России, которые еще работают на такой технологии, и на удивление нашел одного кабельного оператора в г. Челябинск. Но наряду с технологией EOC они уже используют GPON - на мой взгляд более перспективное направление.

Читайте также: