Koaxiální kabely

Velký význam pro rozvoj lokálních počítačových sítí, a zvláště pak Ethernetu, měly koaxiální kabely. Jaké jsou jejich vlastnosti, a jaká je jejich perspektiva?

Koaxiální kabely patří mezi přenosová média resp. přenosové cesty linkového (též: drátového) typu, a vzhledem ke svému konstrukčnímu provedení jsou označovány za tzv. asymetrické. Koaxiální kabel totiž přenáší elektrické signály prostřednictvím dvou vodičů, jejichž postavení a role není stejná (resp. je asymetrická): jeden z vodičů je tvořený silnějším, nejčastěji měděným drátkem, a prochází středem celého kabelu. Druhý vodič je tvořený hustou vodivou síťkou, která „obtéká" izolační vrstvu obklopující středový vodič (viz obrázek). Lidově se mu říká „opletení", což dosti názorně vystihuje podstatu věci. Důležité přitom je, že toto vodivé „opletení" má za úkol odstiňovat středový vodič od okolních vlivů (zejména od vnějšího elektromagnetického pole), a stejně tak bránit vyzařování opačným směrem. Samotný přenášený signál je přitom reprezentován napětím mezi oběma vodiči (středovým a jeho vodivým opletením), neboli rozdílem elektrických potenciálů obou vodičů.

Proč se ale tomuto druhu kabelu vlastně říká „koaxiální"? V doslovném překladu to znamená „souosé" (co-axiální), a je to proto, že osy obou vodičů splývají a prochází geometrickým středem kabelu.

Impedance kabelu a její důsledky

Důležitým parametrem každého koaxiálního kabelu je tzv. impedance (či: charakteristická impedance), měřená v Ohmech. Vyjadřuje odpor, který kabel klade střídavému proudu. Ve světě počítačů se používají nejčastěji koaxiální kabely s impedancí 50 Ohmů, zatímco například pro rozvody televizního signálu to jsou kabely s impedancí 75 Ohmů. Z toho také vyplývá, že pro vzájemné propojování počítačů není obecně možné použít ten samý kabel, který se používá například pro společné televizní antény.

Jakmile se rozhodneme použít koaxiální kabel pro potřeby propojení počítačů, musíme mít na paměti jeden velmi důležitý fakt, který souvisí právě s charakteristickou impedancí kabelu: jde o povinnost zakončit oba konce kabelu pomocí tzv. zakončovacích členů (lidově: terminátorů). Důvodem je skutečnost, že pokud bychom tak neučinili, a nechali třeba jen jeden konec kabelu nezakončený, docházelo by na něm k odrazům přenášeného signálu - ten by se nejprve šířil jedním směrem, ke konci kabelu, a pak by se na nezakončeném konci odrážel zpět, vracel se v opačném směru a interferoval (prolínal se) se signálem přicházejícím v protisměru. Výsledkem by bylo takové zkreslení, které by užitečný signál zcela znehodnotilo.

Vysvětlení faktu, že na konci opatřeném zakončovacím členem k odrazům nedochází, je třeba hledat ve fyzice, konkrétně v teorii obvodů. Důležité přitom je, že zakončovací člen musí být tvořen (běžným, tzv. ohmickým) odporem, s velikostí číselně rovnou impedanci koaxiálního kabelu. Takže pro zakončení jednoho 50-Ohmového koaxiálního kabelu budete potřebovat dva zakončovací členy o velikosti 50 Ohmů. Nezapomeňte na to, a mějte to na paměti třeba i tehdy, když vám někdo z legrace odpojí jeden z takovýchto zakončujících členů z existujícího kabelového segmentu. Rázem po něm nepřenesete ani binární tvar příslovečného písmene „Ň".

Tlustý a tenký koaxiální kabel

Ve světě počítačů, a zvláště pak v souvislosti s technologií Ethernetu, se nejvíce proslavily dva druhy koaxiálních kabelů, lidově označované jako „tlustý" a „tenký". To proto, že „tlustý" má průměr cca 1 cm, a „tenký" zhruba poloviční. Historicky starší „tlustý" koaxiální kabel měl několikanásobné vodivé opletení, a vyráběl se nejčastěji v charakteristické žluté barvě (proto se mu také někdy říkalo „žlutý kabel"). Byl ovšem relativně drahý a hlavně málo ohebný, což způsobovalo problémy při jeho instalaci. Proto se později přešlo na „tenký" kabel, který má kromě polovičního průměru i jednodušší provedení - má například jen dvojité či pouze jednoduché vodivé opletení, ale zato je výrazně ohebnější, a samozřejmě také lacinější. Platí za to ovšem menším dosahem, který může mít souvislý segment tohoto kabelu.

Sdílené médium a sběrnicová topologie

Koaxiální kabely měly velký význam pro rozvoj přenosových technologií v oblasti lokálních sítí - při jistém zjednodušení lze dokonce říci, že nejznámější takováto technologie, Ethernet, byla doslova ušita na míru možnostem a vlastnostem koaxiálních kabelů. Tyto vlastnosti si pak klasický Ethernet poněkud paradoxně podržel i poté, co se z koaxiálních kabelů přestěhoval na jiná přenosová média, například na kroucenou dvoulinku v rámci dnes tak oblíbené strukturované kabeláže.

Charakteristická vlastnost koaxiálních kabelů, která tak poznamenala celkovou koncepci Ethernetu, má svůj původ v možnosti vytvářet na koaxiálním kabelu odbočky (pro připojování jednotlivých uzlů). Konkrétní způsob vytváření těchto odboček se sice poněkud liší podle toho, zda jde o tlustý či tenký kabel, ale důležité je že odbočky vytvářet lze (na rozdíl od kroucené dvoulinky, kde je vytvářet nelze). V důsledku toho pak při připojování jednotlivých uzlů ke koaxiálnímu kabelu vzniká síťový segment se sběrnicovou topologií. Samotný koaxiální kabel pak představuje přenosové médium, které je k dispozici všem připojeným uzlům, resp. je všemi těmito uzly sdíleno - proto se také o koaxiálním kabelu říká, že je sdíleným (angl.: shared) přenosovým médiem.

Sdílený charakter přenosového média znamená mj. to, že když jeden uzel něco vysílá, „slyší" to (a mohou to přijímat) všechny ostatní uzly. Jde o analogii všesměrového šíření rádiových vln (byť zde existují jen dva možné směry, k oběma koncům koaxiálního kabelu), a proto se v této souvislosti hovoří o všesměrovém šíření (anglicky: broadcast). No a právě na této vlastnosti (všesměrovém šíření) je postavena celá koncepce klasického Ethernetu, včetně jeho přístupové metody (metody CSMA/CD, která řeší případné konflikty v situacích, kdy chce vysílat více uzlů současně). Ale o tom si budeme podrobněji povídat až v samostatném modulu věnovaném Ethernetu.

Koaxiální kabel v základním a přeloženém pásmu

První verze Ethernetu, pocházející z roku 1980, byla uzpůsobena vlastnostem tlustého koaxiálního kabelu. Důsledkem pak bylo například to, že souvislý kus takovéhoto kabelu (souvislý kabelový segment) mohl mít maximální délku 500 metrů. Dnes se příslušné specifikace, říkající jak provozovat Ethernet nad tímto tlustým koaxiálním kabelem, označují jako (standard) 10 Base 5.

Tenký koaxiální kabel, na který se později z vysloveně praktických důvodů přešlo, pak měl poněkud horší přenosové vlastnosti, a v důsledku toho při stejné přenosové rychlosti výrazně klesl maximální dosah souvislého kabelového segmentu - na pouhých 185 metrů (zaokrouhleno 200 metrů). Příslušný standard, týkající se provozování Ethernetu po takovémto tenkém koaxiálním kabelu, nese označení 10 Base 2. Podobně jako v předchozím případě zde 10 znamená přenosovou rychlost (10 Mbps), „Base" říká že jde o přenos v tzv. základním pásmu (baseband přenos, viz předchozí modul), a poslední číslice udává maximální délku souvislého kabelového segmentu (ve stovkách metrů).

Dříve přitom existovala ještě jedna další verze Ethernetu, používající přenos po koaxiálním kabelu televizního typu, v tzv. přeloženém pásmu (tzv. broadband přenos). Příslušný standard nesl označení 10 Broad 36, což naznačuje že jeden souvislý kabelový segment zde mohl mít délku až 3,6 km.

Minulost, současnost a budoucnost koaxiálního kabelu v počítačových sítích

Koaxiální kabely sehrály velmi významnou roli při budování počítačových sítí, zejména těch lokálních. Byly relativně laciné, vcelku nenáročné na manipulaci, a také dosti odolné. Lze se s nimi stále ještě setkat u mnoha lokálních sítí, které jsou dosud v provozu. Pro budování nových lokálních sítí se však koaxiální kabely používají již jen zcela vyjímečně - dnes jednoznačně převládá tzv. kroucená dvoulinka, která si sebou přinesla hned celou ucelenou filosofii budování moderních kabelových rozvodů (koncepci tzv. strukturované kabeláže).

Koaxiální kabely však přesto nejsou zcela mrtvé - zajímavý comeback totiž zažívají v souvislosti s budováním rozvodů kabelových televizí. Ty se budují buď na optických vláknech, nebo právě na koaxiálních kabelech, a kromě televizních pořadů mohou sloužit i potřebám datových přenosů, konkrétně například přístupu k Internetu. Ale to si také necháme na někdy jindy.

---