Главная » Разные статьи » Почему две жилы оптоволокна используются для одного оптоволоконного подключения

Почему две жилы оптоволокна используются для одного оптоволоконного подключения


Вопрос: Массовая рассылка Python

Я точно помню эта была КС, но там винтовка была с Глушаком я все время на крыше с ней зависал не подскажите что за КС?))докклюбая из всех пятиSwin Swin1Всего 5 ответов. Источник: img.macos.ms

Зависит от того, где проходит граница понятия «играть в игру»: учитывать ли тех, кто играет в нее пару раз в месяц, или вовсе запустили ее два раза после покупки?

Игрой Counter-Strike: Global Offensive владеет (купили или получили в подарок) почти 14 миллионов пользователей. Из них только 13,4 миллиона запустили эту игру хотя бы один раз. В день в нее играет примерно от полумиллиона до 680 тысяч человек, а за 2 недели общее количество сыгравших составило примерно 6,4 миллиона.

Еще подробней и с графиками можно посмотреть на сайте steamspy.com . Сайт SteamSpy.com предоставляет расширенную статистику о играх сервиса Steam в наглядном виде.

A I6Всего 1 ответ.[my_custom_ad_shortcode1]статья 119 УК РФ угроза убийством или причинением тяжкого вреда здоровьюнастя19Всего 1 ответ.

За кого нельзя сыграть в оригинальной игре Counter-Strike?

Варианты ответов:

  • Phoenix Connexion
  • Elite Crew
  • Arctic Avengers
  • Midwest Militia
Dima552

Оригинальная CS, она же CS 1.6… Сколько времени было проведено за ней!

По памяти, которую ещё не отшибло, вспомнились все эти названия подразделений. Все они относятся к терорам.

1) Феникс — такие в серебристых штанах и в масках. Вроде как самые плотные ребята.

2) Элита — в зеленых рубашках и в очках . Самые страшные.

3) Арктические мстители — упаковнные в теплый комбинезон, тоже в масках.

4) А вот «Милиции» в CS 1.6 не было. Это пятое подразделение (в оригинале четвертым подразделением являлись другие повстанцы: Guerrilla Warfare) появилось впервые в дополнении CS: Condition Zero. Единственные американцы из тероров.

Правильный ответ: Midwest Militia.

SkyNi­ck2Всего 2 ответа.Возник такой вопрос, может ли ютуб самостоятельно банить за нарезки со стримов других авторов. Или же только когда автор сам будет кидать страйки на канал??Guest4Всего 1 ответ.

onpioneer.ru

Немного об оптоволоконной среде передачи данных

Попалось на глаза несколько неплохих материалов, касательно волноводов для передачи данных. Решил подсобрать этот материал в одну статью со своими скринами.

Физическое явление полного внутреннего отражения.

Когда луч света попадает на границу двух сред (стекло-воздух), часть его отражается (пунктирные линии слева), а часть отражается обратно в среду. Но если угол падения луча начинает превышать некоторую величину, называемую критической, то луч света отражается полностью.

Полное внутреннее отражение

Таким образом условно волнопровод можно разделить на две части – сердцевину и оболочку. Разумеется, в случае если соблюдается полное внутреннее отражение, то передача данных происходит без затухания сигнала. Кроме этого нужно подавать луч света с определенным углом к поверхности, больше критического, чтобы организовать это полное отражение.

Угол падения ограничен двумя факторами: Числовой апертудой (набор углов) угла и количеством мод (направлений) распространения света.

Существенную роль играет количество мод и толщина световода. На скриншоте ниже я подвёл некоторые параметры, которые помогу разобраться с типом оптического волокна. Это – оптический патч-корд. На двух концах его LC-разъемы. Толщина 50/125 микрон (сердцевина, оболочка соответственно). Маркировка MM означает Multi-Modes – многомодовые. Есть SM (Single-Mode). Так же есть метка цвета (Orange).

Маркировка оптического патч-корда

А вот пример одной стороны другого патч-корда FC-LC. С одного края я снял защитный колпачок, чего вам делать не рекомендую, только для подключения непосредственно в адаптер, поскольку пыль, грязь негативно сказываются на качестве связи.

Оптический разъем

Нетрудно заметить, что оптические патчкорды парные. Один конец – для передачи данных, второй – для приёма. Таким вот образом реализуется дуплекс.

Важно не перепутать при подключении. Один из шнурков (может оба) будет помечен бирочкой.

Модуль расширения

А вот так выглядит SFP-модуль для подключения к коммутатору Cisco:

Вставляется в соответствующий порт

Штучка небольшая, но очень хорошо соответствует правилу “Мал золотник, да дорог”.

И к нему патч-корд

Таким образом коммутаторы можно соединить между собой или с другим оборудованием.

А вот так выглядит волокно в разрезе (в разрыве даже):

Волокно
  1. Внешняя оболочка из ПВХ;
  2. Мохнатка, армирующие нити из волокна;
  3. Трубка из ПВХ, внутренний сепаратор;
  4. Отдельные световоды. Внутрь трубки 3 набит смазывающий гель, и эти волокна свободно в нём плавают;
  5. Тоненький волосок волокна. Вряд-ли видно.
Бухта кабеля

В таких вот бухтах находится этот оптический кабель.

Сомневаюсь, что видно жилы, но всё-таки Сомневаюсь, что видно жилы, но всё-таки

А вот определенное устройство, которое переводит оптический сигнал в электрические импульсы под витую пару, ну и наоборот.

Медиаконвертор

На небольшую девайсину подается питание, так же есть два входа: парный оптический и под RJ45. Думаю, коллеги помогут дополнить эту статью дополнительной информацией.

Сейчас очень много сетей переходят на оптические линии связи. Переходят целыми офисами http://tacelaj.su/ofisnye-pereezdy-v-moskve. Это хорошо, когда инфраструктура нового офиса уже распологает разведенной сетью, где остается только подключить оконечное оборудование к стойкам и патч-панелям (для оптики, кстати, тоже существуют патч-панели). Иногда приходится учиться обваривать, разделывать и прокладывать кабель самостоятельно.

На практике всё-таки дешевле ещё тянуть медь, но в случае, если используются магистральные каналы (оптика позволяет подавать сигнал на десятки километров), высоконагруженные защищенные сети, Leadhost, да и многие другие ситуации – выгодно использовать оптику. Подумайте сами, в медный кабель можно встроить Tap и снимать данные очень легко. А любое внедрение в линию ВОЛС не останется незамеченным.

С оптическим волокном нужно обращаться с осторожностью. Различные изгибы (если даже не переломы и перегибы) влияют на рассеивание света, частичный выход за пределы оболочки. Любые микротрещины, разности плотности, скручивания кабеля приводят к тому, что часть мод начинает падать на оболочку под углом меньше критического (см. выше) и частично преломляется, не отражаясь. Сигнал затухает.

Так же есть проблемы в случае стыков оптоволокна. Это вам не медь, которую можно зачистить ножом, а забить в Jack отвёрткой. Оптоволокно аккуратно скалывается перпендикулярно поверхности, шлифуется и стыкуется, производится сваркой.

Воздушный зазор

Воздушный зазор между соединяемыми волокнами очень сильно ослабляет сигнал. Часть света отражается от границы сред и уходит обратно к передатчику.

Неровные края

Плохая обработка краёв стыка приводит к рассеиванию светового потока.

Неровный скол

Неровный скол приводит к тому, что часть света отражается от угла, образованного сколом и покидает волокно через оболочку.

litl-admin.ru

Как устроен оптоволоконный кабель

В прошлой статье рассказывалось о самых распространенных типах оптоволоконного кабеля, применяемых на Украине. А сегодня - кабель в разрезе, и по ходу повествования – некоторые практические моменты его монтажа.

Мы не будем останавливаться на подробной структуре всех видов кабеля. Возьмем некий усредненный типовой ОК:

  1. Центральный (осевой) элемент.
  2. Оптическое волокно.
  3. Пластиковые модули для оптических волокон.
  4. Пленка с гидрофобным гелем.
  5. Полиэтиленовая оболочка.
  6. Броня.
  7. Внешняя полиэтиленовая оболочка.

Что же представляет каждый слой при подробном рассмотрении?

Центральный (осевой) элемент

Стеклопластиковый прут в полимерной оболочке или без нее. Основное назначение – придает жесткость кабелю. Стеклопластиковые стержни без оболочки плохи тем, что легко ломаются при изгибе и повреждают расположенное вокруг них оптоволокно.

Оптическое волокно

Нити оптического волокна чаще всего имеют толщину в 125 микрон (примерно с волос). Они состоят из сердечника (по которому, собственно, идет передача сигнала) и стеклянной же оболочки немного другого состава, обеспечивающей полное преломление в сердечнике.

В маркировке кабеля диаметр сердечника и оболочки обозначается цифрами через слэш. К примеру: 9/125 – сердцевина 9 мкм, оболочка - 125 мкм.

Количество волокон в кабеле варьируется от 2 до 144, это также фиксируется цифрой в маркировке.

В зависимости от толщины сердечника оптоволокно подразделяется на одномодовое (тонкий сердечник) и многомодовое (большего диаметра). В последнее время многомод применяется все реже, поэтому останавливаться на нем не будем. Отметим только, что предусмотрен он для использования на небольшие расстояния. Оболочку многомодового кабеля и патчкордов обычно делают оранжевого цвета (одномодовый – желтый).

В свою очередь одномодовое оптическое волокно бывает:

  • Стандартное (маркировка SF, SM или SMF);
  • Со смещенной дисперсией (DS, DSF);
  • С ненулевой смещенной дисперсией (NZ, NZDSF или NZDS).

В общих чертах – оптоволоконный кабель со смещенной дисперсией (в т.ч. с ненулевой) применяется на гораздо большие расстояния, чем обычный.

Поверх оболочки стеклянные нити покрыты лаком, и этот микроскопический слой тоже играет важную роль. Оптоволокно без лакового покрытия повреждается, крошится и ломается при малейшем воздействии. В то время как в лаковой изоляции его можно скручивать и подвергать некоторой нагрузке. На практике оптоволоконные нити неделями выдерживают вес кабеля на опорах, если в процессе эксплуатации рвутся все остальные силовые стержни.

Однако не стоит возлагать на прочность волокон слишком большие надежды – даже покрытые лаком они легко ломаются. Поэтому при монтаже оптических сетей, особенно при ремонте действующих магистралей, требуется предельная аккуратность.

Пластиковые модули для оптических волокон

Это пластиковые оболочки, внутри которых – пучок оптоволоконных нитей и гидрофобная смазка. В кабеле может быть либо одна такая туба с оптоволокном, либо несколько (последнее – чаще, особенно если волокон много). Модули выполняют функцию защиты волокон от механических повреждений и попутно – их объединения и маркировки (если модулей в кабеле несколько). Однако нужно помнить, что пластиковый модуль при изгибе довольно просто переламывается, и ломает находящиеся в нем волокна.

Какого-то одного стандарта на цветную маркировку модулей и волокон нет, но каждый производитель прикрепляет к барабану с кабелем паспорт, в котором это обозначено.

Пленка и полиэтиленовая оболочка

Это элементы дополнительной защиты волокон и модулей от трения, а также влаги – в некоторых видах оптического кабеля под пленкой содержится гидрофоб. Пленка сверху может быть дополнительно армирована переплетением нитей и пропитана гидрофобным гелем.

Пластиковая оболочка выполняет те же функции, что и пленка, плюс служит прослойкой между броней и модулями. Есть модификации кабеля, где  ее вообще нет.

Броня

Это может быть либо кевларовая броня (сплетенные нити), либо кольцо стальных проволок, либо лист гофрированной стали:

  • Кевлар применяется в тех видах оптоволоконного кабеля, где содержание металла недопустимо или если нужно снизить его вес.
  • Кабель с броней из стальных проволочек предназначен для подземной укладки непосредственно в грунт – прочная броня защищает от многих повреждений, в т.ч. от лопаты.
  • Кабель с гофроброней прокладывают в трубах или кабельной канализации, защитить такая броня может лишь от грызунов.

При разделке кевлар рекомендуется не резать, а откусывать, т.к. режущий инструмент практически моментально тупится.

Внешняя полиэтиленовая оболочка

Первый и практически самый важный уровень защиты. Плотный полиэтилен призван выдерживать все нагрузки, выпадающие на долю кабеля, поэтому если он повреждается, существенно увеличивается риск порчи кабеля. Нужно следить, чтобы оболочка:

a) Не была повреждена при монтаже – иначе попавшая внутрь влага увеличит потери на линии;

b) Не касалась в процессе эксплуатации о дерево, стену, угол или ребро конструкции и т.д., если есть риск возникновения трения в этом месте при ветровых и иных нагрузках.

В следующих выпусках:

Разделка оптоволоконного кабеля - практические советы.

Виды оптических коннекторов.

Следите за публикациями!

lantorg.com

Интеллектуальные многоканальные оптоволоконные соединения

С ростом объёмов передаваемой по сети информации становится всё более актуальной проблема высокоскоростной передачи данных. Высокоскоростная передача данных, как правило, предполагает наличие между узлами сети канала связи с высокой пропускной способностью. При разработке канала с высокой пропускной способностью могут использоваться, как решения на основе медных электрических проводников, так и решения на основе оптических соединений. Любое соединение состоит из передатчика, передающего сигнал, и приёмника, принимающего сигнал. Сигнал по соединению может передаваться, как в одном, так и в двух направлениях. Так оптическое соединение может состоять, например, из оптического передатчика, оптического канала и оптического приёмника. В дуплексном режиме оптический приёмопередатчик обеспечивает, как передачу сигнала, так и приём сигнала по раздельным оптическим волокнам, находящимся, как правило, в одном оптоволоконном кабеле. На сегодняшний день уже широко применяются каналы, обеспечивающие связь со скоростью более чем 1 гигабит в секунду (1 Гб/с), так называемые «1G-соединения». 1G-соединения хорошо стандартизованы (например, существует общедоступный стандарт Gigabit Ethernet). Оптические 1G-соединения, как правило, используются для передачи данных на дальние расстояние (более чем 100 метров). Для высокоскоростной передачи данных применяются каналы, обеспечивающие связь со скоростью порядка 10 гигабит в секунду (10 Гб/с), так называемые «10G-соединения». При решении сложных технических задач предъявляются высокие требования к каналам передачи данных, которые становится всё труднее удовлетворять, особенно с помощью медных электрических проводников. Тем не менее, 10G-соединения на основе медных электрических проводников применяются (например, стандарт 10GBASE-CX4). 10GBASE-CX4 обеспечивает передачу данных по четырём экранированным витым парам в каждом направлении (всего восемь витых пар). Такой кабель получается достаточно громоздким (около 10 мм в диаметре) и дорогим в производстве. Кроме того, 10GBASE-CX4 может применяться только для передачи данных не далее, чем на 15 метром. Общим недостатком для всех 10G-соединений, базирующихся на медных проводниках, является высокий уровень потребления энергии. Например, стандарт 10GBASE-T обеспечивает передачу данных на расстояния от 55 до 100 метров, но из-за сложной обработки сигналов потребляет от 8 до 15 ватт на каждый порт. Если рассмотреть стандарт, обеспечивающий передачу данных на расстояния порядка 30 метров, то такое соединение будет потреблять не менее 4 ватт на каждый порт. Применение таких стандартов с высоким потреблением энергии приводит к существенному увеличению стоимости обслуживания соединений, а также вынуждает разработчиков уменьшать плотность размещения портов на передних панелях интерфейсов. Например, потребление энергии порядка 8-15 ватт на каждый порт ограничивает плотность размещения портов до 8 штук (или даже менее) на той же площади, на которой можно разместить до 48 портов, применяя стандарт 1000 BASE-T или 1G-соединение на базе оптоволокна. Таким образом, исследования рынка электроники показывают, что при разработке каналов с высокой пропускной способностью (10G) всё чаще применяются решения на основе оптических соединений. Так на рисунке ниже представлен график из отчёта компании Luxtera, демонстрирующий изменение во времени зависимости дальности и скорости передачи данных от используемого физического канала передачи данных. График показывает, что к 2014 году произойдёт полный отказ от решений на основе медных проводников в пользу решений на основе оптических и гибридных соединений.

Многоканальные оптоволоконные соединения
Для построения высокопроизводительных систем передачи данных предлагается использовать многоканальные оптоволоконные соединения. Они обеспечивают необходимую низкую плотность оптических волокон, приемлемые размеры кабелей и решают проблему «затора каналов» (duct congestion problem), характерную для одноканальных соединений. Разработчики многоканальных оптоволоконных соединений стремятся получить высокую плотность каналов при низком уровне потерь и перекрёстных помех. Уровень перекрёстных помех, т.е. максимальная сила влияния каналов друг на друга, определяется характеристиками оптических волокон, а также расстояниями между ними (волокнами). Очевидно, что чем больше расстояние между оптическими волокнами, тем меньше плотность многоканального оптоволоконного соединения. Уровень потерь зависит от характеристик оптических волокон и дальности передачи сигнала. Таким образом, при проектировании многоканального оптоволоконного соединения важно учитывать и оптимизировать все перечисленные выше параметры. Из существующих средств передачи данных по многоканальным оптоволоконным соединениям можно выделить активный оптический кабель, как наиболее распространённое средство.
Активный оптический кабель
AOC, Electrical-optical active optical cable, US Patent № 2007/0237464 A1 (11 октября, 2007). Активный оптический кабель (АОК) включает в себя, с одной стороны, встроенный электрический коннектор, а с другой – оптический коннектор. Между ними располагаются несколько оптических волокон, обеспечивающих связь внутри оптического кабеля. Связь может осуществляться, как в одном, так и в двух направлениях.

Предполагается, что хотя бы на одном из концов активного оптического кабеля находится электрический коннектор, но передача сигнала по оставшейся части кабеля осуществляется через оптоволокно. Таким образом, проектировщик сети не обязан предварительно делать выбор между соединением по медным проводникам и оптическим соединением. Вместо этого достаточно, чтобы узлы сети имели специальные порты, поддерживающие либо соединения по медным проводникам, либо оптические соединения. Дуплексный режим передачи данных реализуется размещением на обоих концах кабеля передающих оптических компонентов (TOSA, transmit optical sub-assembly) и принимающих оптических компонентов (ROSA, receive optical sub-assembly). За управление передающими и принимающими оптическими компонентами отвечают микросхемы. Микросхемы могут размещаться внутри корпусов TOSA и ROSA либо могут быть вынесены за их пределы. При необходимости дуплексный режим может быть отключен. В этом случае передача данных будет осуществляться только в одном направлении (на одном конце кабеля будут размещаться только передатчики, на другом – только приёмники). Когда электрический сигнал поступает на соответствующие выводы электрического коннектора (через электрический порт), он преобразовывается драйвером лазера и электронно-оптическим преобразователем TOSA в оптический сигнал. Оптический сигнал передаётся по оптоволокну к ROSA, где преобразуется оптико-электронным преобразователем ROSA в соответствующий электрический сигнал. Полученный электрический сигнал поступает на соответствующий вывод электрического коннектора и далее в электрический порт. Рекомендуемая дальность передачи сигнала по активному оптическому кабелю составляет 30 метров. Увеличение дальности до 100 метров приводит к существенному удорожанию кабеля. Особенностью АОК является необходимость высокоточного монтажа и юстировки передатчиков сигнала (лазеров) и приёмников сигнала (светочувствительных фотодиодов) относительно физических каналов (оптических волокон). Разработчики таких соединений решают, в основном, технологические проблемы высокоточного монтажа, стремясь разместить как можно больше каналов в корпусах небольших размеров. В качестве альтернативы АОК предлагается технология передачи данных по интеллектуальному многоканальному оптоволоконному соединению (ИМКС). Патент РФ № 2270493, 2007 г. Применение технологии ИМКС предполагает, что в случае частичного повреждения нескольких оптических волокон или смещения оптических волокон относительно коннектора соединение может быть оперативно восстановлено без нарушения целостности данных. Таким образом, соединение, построенное на базе технологии ИМКС, обладает свойством регенеративности (самовосстановления).

1 – активированный источник света; 2 – неактивированный источник света; 3 – мат-рица излучателей; 4 – незадействованные волокна оптошины; 5 – задействованные волокна оптошины; 6 –волокна оптошины, в которые были направлены несколько лучей света; 7 – активированные фотодиоды; 8 – неактивированные фотодиоды; 9 – активированные фото-диоды, принявшие сигнал и волокон 6; 10 – матрица фотоприёмников. На входы лазерной матрицы – источника информации подают электрические импульсы от управляющей микросхемы источника, которые модулируют излучение лазеров. Это излучение по оптошине поступает к матрице фотодиодов, расположенной в приемнике информации, и активирует часть фотодиодов. Активированные фотодиоды генерируют поток электрических импульсов к управляющей микросхеме приёмника. При соединении оптошину подключают к матрицам передатчика и приемника достаточно произвольно, совмещая лишь оптические области матриц и оптошины путем установки концов оптошины в оптические разъемы микросхем приемника и передатчика. Поэтому, зная только множество активированных фотодиодов матрицы-приемника, невозможно определить, каким из лазеров был испущен активировавший эти фотодиоды сигнал. Один из основных принципов работы ИМКС заключается в том, чтобы до начала передачи данных установить соответствие между каждым лазером и активируемыми этим лазером фотодиодами. Соответствующая процедура коммутации должна быть реализована в протоколе канального уровня. В ходе коммутации определяются каналы для передачи данных, т.е. устанавливается соответствие между лазером и множеством активируемых им фотодиодов. Процедура коммутации каналов производится однократно до начала передачи данных и никак не влияет на скорость передачи в дальнейшем. При нарушении связи (частичном повреждении части оптических волокон или смещении оптошины относительно матриц приёмника и передатчика) необходимо оперативно обнаружить это нарушение и провести повторную процедуру коммутации каналов. При этом количество каналов может сократиться, т.е. уменьшится пропускная способность соединения, но связь будет восстановлена.
Заключение
Данная статья – попытка рассказать о проблеме высокоскоростной передачи данных и о возможных путях её решения, в частности о многоканальных оптоволоконных соединениях. Чтобы было понятно моё место в этой истории, скажу, что я являюсь участником группы разработчиков, занимающейся реализацией представленной здесь технологии ИМКС. Если данная тема будет интересна читателям, то готов рассказать о нашей работе подробнее, плюс подготовить заметки на темы:
  • аппаратная часть
  • программная часть
  • разработка, моделирование и верификация протоколов передачи данных
Спасибо за внимание, надеюсь было интересно. Теги:
  • оптоволокно
  • протоколы
  • многоканальные соединения
  • передача данных

habr.com

26 терабит/с по оптоволокну одним лазером

В журнале Nature Photonics опубликовано описание новой технология передачи данных по оптоволокну на скорости до 26 Тбит/с вместо нынешних максимальных 1,6 Тбит/с.

Группа немецких инженеров под руководством профессора Вольфганга Фройде (Wolfgang Freude) из университета Карлсруэ применила в оптоволокне технику OFDM (ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием), которая широко используется в беспроводной связи (802.11 и LTE), цифровом телевидении (DVB-T) и ADSL.

В оптоволокне использовать OFDM сложнее, ведь тут нужно разделить на поднесущие световой поток. Раньше единственным способом сделать это было использование отдельного лазера для каждой поднесущей. Сравнение разных видов мультиплексирования

Для вещания на каждой частоте используется отдельный лазер и отдельный приёмник, так что в одном оптоволоконном канале одновременно могут передавать сигнал сотни лазеров. По словам профессора Фройде, общая пропускная способность канала ограничена только количеством лазеров. «Уже был проведён эксперимент и продемонстрирована скорость 100 терабит/с», — сказал он в интервью BBC. Но для этого пришлось использовать около 500 лазеров, что само по себе очень дорого.

Фройде с коллегами разработали технологию передачи по оптоволокну более 300 поднесущих разного цвета одним-единственным лазером, который работает короткими импульсами. Здесь проявляется интересный феномен под названием оптический частотный гребень. Каждый маленький импульс «размазывается» по частотам и времени, так что приёмник сигнала с помощью хорошего тайминга теоретически может обработать каждую частоту по отдельности.

После нескольких лет работы немецким исследователям всё-таки удалось найти правильный тайминг, подобрать подходящие материалы и осуществить на практике обработку каждой поднесущей с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ). Преобразование Фурье — операция, сопоставляющая функции вещественной переменной другую функцию вещественной переменной. Эта новая функция описывает коэффициенты при разложении исходной функции на элементарные составляющие — гармонические колебания с разными частотами.

БПФ идеально подходит для разложения света по поднесущим. Оказалось, что из обычного импульса можно извлечь в совокупности около 350 цветов (частот), и каждый из них используется в качестве отдельной поднесущей, как и в традиционной технике OFDM. В прошлом году Фройде с коллегами провели эксперимент и на практике показали скорость 10,8 терабит/с, а сейчас ещё больше усовершенствовали точность распознавания частот.

По словам Фройде, разработанная им технология тайминга и БПФ вполне может быть реализована в микросхеме и найти коммерческое применение.

Теги:
  • 16 марта 2017 в 18:30
  • 20 января 2012 в 23:58
  • 18 января 2011 в 14:43

habr.com

Скрытное подсоединие к оптоволокну: методы и предосторожности

Статьи по прослушиванию оптоволокна достаточно редки в силу определенной специфики такого рода коммуникаций. По мере удешевления оборудования и стоимости организации каналов связи на основе оптоволокна, они давно применяются в коммерческой практике. Специалистам ИТ, отвечающим за вопросы безопасности коммуникаций, стоит знать об основных источниках угроз и методах противодействия. Данная статья представляет собой перевод научной работы, опубликованной в материалах конференции HONET (High Capacity Optical Networks and Enabling Technologies ) в 2012 году. В сети удалось найти полнотекстовый авторский препринт, датированный осенью 2011 года, который, хотя и содержит некоторые ошибки (авторы не являются оригинальными носителями английского языка), тем не менее достаточно хорошо описывает существующие проблемы. М. Зафар Икбал, Хабиб Фатхалла, Незих Белхадж M.Z IQBAL, H FATHALLAH, N BELHADJ. 2011. Optical Fiber Tapping: Methods and Precautions. High Capacity Optical Networks and Enabling Technologies (HONET).

Аннотация
Связь с использованием оптоволокна далеко не так безопасна, как это обычно принято считать. Существует ряд известных методов, используемых для извлечения или вставки информации в оптический канал и позволяющих избежать обнаружения подключения. Ранее сообщалось о нескольких инцидентах, в которых успешное подключение было сложно обнаружить. В данной работе рассматривается ряд известных методов подключения к оптоволокну, приводится отчет о симуляции оптических характеристик волокна, к которому подсоединение выполнено методом сгиба, а также доказательство концепции в виде физического эксперимента. Также представлены схемы различных сценариев, где злоумышленник, обладающий необходимыми ресурсами и использующий существующие технологии, может скомпрометировать безопасность оптического канала связи. Обсуждаются способы предотвращения подключения к оптоволокну, либо минимизации последствий утечки информации, передаваемой по каналу связи. Данная статья основана на работе, поддерживаемой Королевскими ВВС Королевства Саудовская Аравия. М. Зафар Икбал работает в Исследовательском Институте Продвинутых Технологий Принца Султана ([email protected]) Хабиб Фатхалла – доцент (помощник профессора) Университета Короля Сауда([email protected]) Незих Белхадж – постдок-исследователь Универитета Лаваля ([email protected])
I. ВВЕДЕНИЕ
В противоположность общему представлению, оптоволокно, по существу, не имеет защиты от сторонних подключений и прослушивания. В настоящее время по оптическим каналам связи передается огромное количество критической и чувствительной информации, и есть риск того, что она может попасть в руки определенных лиц, имеющих необходимые ресурсы и оборудование. Подключение к оптоволокну (fiber tapping) – процесс, при котором безопасность оптического канала компрометируется вставкой или извлечением световой информации. Подключение к оптоволокну может быть интрузивным либо неинтрузивным. Первый метод требует перерезания волокна и подсоединения его к промежуточному устройству для съема информации, в то время как при использовании второго метода, подключение выполняется без нарушения потока данных и перерыва сервиса. Неинтрузивным технологиям и будет посвящена данная статья. В настоящее время сообщается лишь о нескольких зафиксированных случаях подключения к оптоволокну. Это связано с большими сложностями в обнаружении места подключения, в то время как собственно подключение выполняется достаточно просто. Вот список основных инцидентов:
  • 2000, В аэропорту Франкфурта, Германия обнаружено подключение к трем главным линиям компании Deutsche Telekom [1].
  • 2003, на оптической сети компании Verizone обнаружено подслушивающее устройство [1].
  • 2005, подводная лодка ВМФ США USS Jimmy Carter модернизирована специальным образом для установки несанкционированных подсоединений к подводным кабелям [2],[3] (Отдельный пост на хабре — Подводная лодка USS Jimmy Carter, её специальные задачи и подводные оптические кабели).
В следующих разделах мы представим краткий обзор способов неавторизованного подключения [4]. Затем мы представим численное представление потери сигнала при сгибании волокна, сопровождаемое отчетом о физической демонстрации прототипа устройства для подключения к оптоволокну, разработанного в нашей лаборатории. Здесь же мы объясним устройство прототипа, используемое при этом оборудование и программное обеспечение. Также мы обсудим возможные сценарии подключения в реальных условиях и обговорим, какие ресурсы нужны для достижения этих целей. В итоге мы предложим несколько методик по защите оптических каналов против подсоединений.
II. МЕТОДЫ ПОДСОЕДИНЕНИЯ К ОПТОВОЛОКНУ
A.Сгибание волокна
При данном методе подключения, кабель разбирается до волокна. Данный способ основан на принципе распространения света через волокно посредством полного внутреннего отражения. Для достижения данного способа угол падения света на переход между собственно ядром волокна и его оболочкой должен быть больше, чем критический угол полного внутреннего отражения. В противном случае, часть света будет излучаться через оболочку ядра. Значение критического угла является функцией показателей отражения ядра и его оболочки и представлено следующим выражением:

θc=cos-1(μcladding / μcore ), причем μcladding < μcore;

Здесь θc – критический угол, μcladding — показатель преломления оболочки, μcore — показатель преломления ядра

При сгибании волокна, оно искривляется таким образом, чтобы угол отражения стал меньше чем критический, и свет начал проникать через оболочку Очевидно, что могут быть два типа сгибов: 1) Микросгиб Приложение внешнего усилия приводит к острому, но при этом микроскопическому искривлению поверхности, приводящему к осевым смещениям на несколько микрон и пространственному смещению длины волны на несколько миллиметров (рис.1). Через дефект проникает свет, и он может использоваться для съема информации.

Рисунок 1.Микроизгиб 2) Макросгиб Для каждого типа волокна существует минимально допустимый радиус изгиба. Это свойство также может использоваться для съема информации. Если волокно сгибается при меньшем радиусе, то возможен пропуск света (рис.2), достаточный для съема информации. Обычно минимальный радиус изгиба одномодового волокна составляет 6.5-7.5 см, за исключением волокна специального типа. Многомодовое волокно может быть изогнуто до 3.8 см.

Рисунок 2. Макроизгиб
B. Оптическое расщепление
Оптоволокно вставляется в сплиттер, который отводит часть оптического сигнала. Этот метод является интрузивным, поскольку требует разрезания волокна, что вызовет срабатывание тревоги. Однако, необнаруженное подключение такого типа может работать годами.
С. Использование неоднородных волн (Evanescent Coupling)
Данный способ используется для перехвата сигнала от волокна-источника в волокно-приемник посредством аккуратной полировки оболочек до поверхности ядра и затем их совмещения. Это позволяет некоторой части сигнала проникать во второе волокно. Данный способ трудновыполним в полевых условиях.
D. V-образный вырез (V Groove Cut)
V-образный вырез – это специальная выемка в оболочке волокна близкая к ядру, сделанная таким образом, что угол между светом, распространяющимся в волокне и проекцией V-выреза больше, чем критический. Это вызывает полное внутреннее отражение, при котором часть света будет уходить из основного волокна через оболочку и V-образный вырез.
E. Рассеяние
На ядре волокна создается решетка Брэгга, с ее помощью достигается отражение части сигнала с волокна. Это достигается наложением и интерференцией УФ лучей, создаваемых лазером с УФ возбуждением.
III. МОДЕЛИРОВАНИЕ
А. Методология
Для точной оценки потерь при сгибании оптоволокна типа SMF-28 используется полновекторный частотный решатель Максвелла, основанный на методе конечных элементов высокого порядка и допускающий адаптацию граничных условий — растягивающегося идеально согласованного слоя. Получены векторные расчеты констант распространения и электрических полей мод в изогнутых волноводах. Потери при сгибе рассчитываются на основе мнимой части константы распространения фундаментальной моды. Общие потери получены сложением потерь ортогональной и базовой моды. Результаты, полученные данным способом достаточно точны и были проверены в [5].
B. Данные для моделирования.
Для волокна SMF-28, радиус ядра и показатель преломления представляют собой соответственно.

rc = 4.15 μm и nc=1.4493

В оболочке, они соответственно равны:

rcl = 62.25 μm and ncl=1.444.

Коэффициент преломления воздуха равен 1.
C. Расчет потери мощности.
Радиус изгиба ρ взят по оси x, мода поляризуется вдоль оси y, а распространение идет по оси z, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3 Рисунок 4 представляет собой выраженную в числах потерю на сгибе как функцию радиуса изгиба волокна метровой длины. Наблюдается логарифмическая зависимость потерь относительно радиуса изгиба. Для небольших радиусов изгиба ( ρ < 10 mm ), потери превышают 40 dB/м. При обычных радиусах изгиба ( ρ > 15 mm) потери составляют меньше чем 1 dB/м

Рисунок 4. Численная оценка потери на изгибе, как функции от радиуса изгиба
IV. ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ПОДКЛЮЧЕНИЮ К ОПТОВОЛОКНУ
A. Последовательность действий при подсоединении к оптоволокну.
Полностью операция прослушивания может быть реализована с помощью следующих шагов:
  1. Получение оптического сигнала с волокна
  2. Детектирование сигнала.
  3. Обнаружение механизма передачи (декодирование протокола)
  4. Программная обработка обнаружения фреймов/пакетов и извлечение из них необходимых данных.
Эксперимент включал в себя передачу цифрового видеосигнала через оптический Ethernet с одного компьютера на другой. Подсоединяемое волокно было разделано до оболочки и помещено в оптический каплер (coupler), где волокно сгибается, вызывая излучение некоторого количества света, нарушающего принцип полного внутреннего отражения. Это устройство направляет захваченный свет в однонаправленный конвертер Ethernet. В дальнейшем, фреймы Ethernet обрабатываются и из них реконструируется видеопоток на третьем ПК. Для передачи потока и воспроизведения использовался VLC плеер. Анализатор протоколов WireShark использовался для захвата пакетов, а ПО Chaosreader использовалось для реконструкции видео из захваченных пакетов.
B. Процедура
Программное и аппаратное обеспечение соединено как на рисунке 5. Разделанное волокно проходит от источника видео до приемника, через зажим каплера. В зажиме отводится часть света и попадает в однонаправленный медиаконвертер, считывающий Ethernet-фреймы, которые затем передаются в третий PC, на котором стоит WireShark. Анализатор протокола конвертирует фреймы Ethernet и извлекает такую информацию как MAC –адреса источника и приемника. Также он обрабатывает содержимое фреймов и достает из него IP-пакеты. Информация, полученная из пакетов, включает в себя IP-адреса, сообщения сигнальных протоколов и биты служебной загрузки.

Рисунок 5.Экспериментальная схема для подсоединения к волокну методом изгиба Пакеты собранные таким способом сохраняются в формате файла pcap (packet capture). Затем файл обрабатывается ПО Chaosreader, который реконструирует оригинальные файлы и создает индекс реконструированных файлов. Для обнаружения нашего захваченного видео, мы смотрим в каталоге и ищем *.DAT файлы большого размера. Затем этот файл открывается в плеере VLC и показывает перехваченную часть видеопотока.
C.Возможные действия при прослушке
Помимо проигрывания видео, экспериментальная система, описанная здесь, может быть использована для выполнения ряда задач по перехвату информации, такой например как сведения для атаки по IP-адресам, кражи паролей, прослушивания VoIP-переговоров, реконструкции сообщений электронной почты с помощью бесплатного, коммерческого или самодельного ПО.
V. ДАЛЬНЕЙШИЕ СЦЕНАРИИ ПОДСОЕДИНЕНИЯ.
Эксперимент, описанный здесь, выполнялся с использованием Ethernet компонентов, по причине их наибольшей доступности. Однако, некоторые сценарии, возможные в реальной жизни, вполне могут выглядеть так:

Рисунок 6 Сценарий подсоединения с удаленной обработкой.
А.Подсоединение к сети передачи данных
. Ценная информация может быть получена из сетей передачи данных таких как SDH и SONET — двух основных стандартов передачи данных по оптоволокну через магистральные каналы связи и метросети. Информацию из высокоскоростных сетей достаточно сложно сохранять и обрабатывать, но на рынке доступны высокотехнологичные анализаторы SDH-протоколов, которые могут быть использованы для получения низкоуровневых исходных сигналов[6].Частично это упрощает возможные сложности, связанные со скоростью передачи данных. Такие устройства могут быть впоследствии доработаны для получения различных типов трафика, проходящего через сеть. Например, можно извлекать ethernet поток, который сопоставлен некоторому потоку контейнера VC4. Подсоединение с удалённой обработкой Существует две важных стимула заниматься удаленной обработкой:
  • При подключении к дальним высокоскоростным (несколькоГбит/сек) каналам связи, роль хранилища становится крайне важной. Захваченные пакеты заполняют диск крайне быстро.
  • Привлечение сетевых экспертов для работы в полевых условиях может оказаться весьма затратным. Более удобно организовать им работу в удаленном центре обработки где присутствует любое необходимое оборудование, сложно выносимое в поле.
При использовании воображения, можно легко достроить все необходимые сценарии по работе с удаленными данными. Например: 1) Использование беспроводного интернета. При использовании Wi-Fi, прослушивающий компьютер может находиться в другой комнате или фургоне, за пределами здания, где установлено подключение. Эксперт может работать в относительной безопасности с возможностью доступа ко всем ресурсам. 2) Использование микрочастотного или спутникового канала. Наша экспериментальная схема была модифицирована и Ethernet трафик перенаправлялся на направленный спутниковый канал (рис.6). 3) Вставка сигнала.При помощи метода рассеяния, описанного ранее, теоретически возможно создать устройство, которое имеет возможность передавать сигнал внутрь волокна посредством видоизмененной технологии оптического каплинга (coupling) Можно разработать технологии для постановки помех на волокно без разрыва в связи или даже внедрение зловредной информации.
VI. ЗАЩИТА ОТ ПОДКЛЮЧЕНИЙ.
Есть три основных категории методов предотвращающих или снижающих до минимума влияние посторонних подключений:
A. Наблюдение за кабелем и мониторинг.
1. Мониторинг сигналов вблизи волокна. Производство оптоволокна с дополнительными волокнами, по которым передается специальный сигнал мониторинга. Использование такого метода увеличит стоимость кабеля, но любая попытка согнуть кабель вызывает потерю сигнала мониторинга, и вызывает срабатывание сигнала тревоги [7]. 2) Электрические проводники Другой метод состоит в интегрировании электрических проводников в кабель, и если оболочка кабеля нарушена, то изменяется емкость между электрическими проводниками и это может использоваться для срабатывания тревоги. 3) Мониторинг мощности мод. Этот метод применим к мультимодовому волокну, в котором затухание – это функция от моды, в которой распространяется свет. Подсоединение влияет на определенные моды, но при этом затрагивает и другие моды. Это приводит к перераспределению энергии от проводящих мод к непроводящим, что меняет соотношение энергии в ядре волокна и его оболочке. Изменение энергии в модах может быть обнаружено на принимающей стороне соответствующим измерением, что будет являться информацией для принятия решения – есть подключение к кабелю или нет [8]. 4) Измерение оптически значимой мощности В волокне может осуществляться мониторинг уровня оптически значимой мощности. В том случае, если она отличается от установленного значения, срабатывает сигнал тревоги. Однако это требует соответствующей кодировки сигнала, так чтобы в волокне присутствовал постоянный уровень сигнала, не зависящий от наличия передаваемой информации [8]. 5) Оптические рефлектометры Поскольку подсоединение к волокну забирает часть оптического сигнала, для обнаружения подключений могут использоваться оптические рефлектометры. С их помощью можно установить расстояние по трассе, на котором обнаруживается падение уровня сигнала (рис.7) [8]

Рисунок 7. Поиск подключения на оптической трассе с помощью оптического рефлектометра 6) Методы с использованием пилотного тона: Пилотные тоны проходят по волокну также как и коммуникационные данные. Они используются для обнаружения перерывов в передаче. Пилотные тоны могут использоваться для обнаружения атак, связанных с постановкой помех, но если несущие волновые частоты пилотных тонов не затрагиваются, то данный метод не является эффективным при обнаружении такого рода атак. О наличии подключения можно судить только по существенной деградации уровня сигнала пилотного тона [8]
B. Сильногнущееся волокно.
Эти виды волокна, обычно называемые волокном с низкими потерями и сильным радиусом изгиба, защищают сеть передачи данных, ограничивая высокие потери, возникающие при прокалывании волокна или его сгибании. Кроме того, для светового потока становятся менее повреждающими такие факторы как вытягивание, перекручивание и другие физические манипуляции с волокном. Существуют также другие типы волокна основанные на иных технологиях производства [9].
C. Шифрование
Хотя шифрование никак не препятствует подсоединению к волокну, она делает украденную информацию малополезной для злоумышленников. Шифрование обычно классифицируется по уровням 2 и 3. 1) Шифрование третьего уровня Пример шифрования третьего уровня – протокол IPSec. Он реализуется на стороне пользователя, так что это вызывает определенные задержки в обработке. Протокол поднимается вначале сессии и общая реализация может быть весьма сложной если в работу вовлечено большое количество сетевых элементов. Рассмотрим, например, разработку мультимедийных подсистем. При первоначальной разработке, связь между различными узлами и элементами является незащищенной. Существенно позже IPSec был встроен в оригинальный дизайн, так как технологии нижнего уровня не предлагали никакого шифрования вообще. 2) Шифрование второго уровня. Шифрование второго уровня освобождает элементы третьего уровня от любого бремени шифрования информации. Один из возможных источников шифрования второго уровня – это оптический CDMA, который считается относительно безопасным [10-12]. Данное допущение, в основном, базируется на методах расшифровки методом грубой силы и упускает из виду более продвинутые способы. Вероятность успешного перехвата данных является функцией нескольких параметров, включая отношение сигнал/шум, и дробление (fraction) доступной системной емкости. В [12] указывается что увеличение сложности кода может увеличить отношение сигнал/шум, требуемое для злоумышленника чтобы «сломать» кодирование всего лишь на несколько dB, в то время как обработка менее чем 100 бит со стороны злоумышленника может уменьшить отношение сигнал/шум на 12 dB. Перепрыгивание по длинам волн и распределение сигнала во времени в частности, и использование O-CDMA в общем, обеспечивают достаточный уровень секретности, но он высоко зависит от системного дизайна и параметров реализации.
БЛАГОДАРНОСТИ
Авторы благодарят Исследовательский Институт Продвинутых Технологий Принца Султана за предоставление его ресурсов и выполнение экспериментальной части работы.
VII. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Подсоединение к оптоволокну является весьма осязаемой угрозой интересам национальной безопасности, финансовым организациям а также персональной приватности и свободам. После подключения, получаемая информация может быть использована многими способами в зависимости от мотивации злоумышленника и его технических возможностей. В данной работе мы предоставили концепцию как в виде симуляции, так и в виде физического эксперимента, используя подключение посредством ‘подключения методом сгиба’ и также продемонстрировали возможность существования разных сценариев, выполнимых при помощи доступных технологий. Помимо получения информации с оптоволокна, существует ряд методик, позволяющих вставлять информацию в неё, как в случае с разделением на неоднородных волнах и достигнуть постановки помех или вброса неверной информации. Явная легкость прослушивания оптоволокна требует определенных предосторожностей, что также описано в этой статье.
ССЫЛКИ
  1. Sandra Kay Miller, «Hacking at the Speed of Light », Security Solutions Magazine, April 2006
  2. Davis, USN, RADM John P.«USS Jimmy Carter (SSN-23): Expanding Future SSN Missions». Undersea Waifare, Fall 1999 Vol.2, No. I
  3. Optical Illusion by: Sandra Kay Miller Information security Issue: Nov 2006.
  4. Optical Network Security: Technical Analysis of Fiber Tapping Mechanisms and Methods for detection and Prevention, Keith Shaneman & Dr. Stuart Gray, IEEE Military Communications Conference 2004.
  5. R. Jedidi and R. Pierre, High-Order Finite-Element Methods for the Computation of Bending Loss in Optical Waveguides, lLT, Vol. 25, No. 9, pp. 2618-30, SEP 2007.
  6. FTB-8140 Transport Blazer — 40143 Gigabit SONETISDH Test Module, EXFO
  7. «Optical Fiber Design for Secure Tap Proof transmission», US Patent No. 6801700 B2, Oct. 5,2004.
  8. All Optical Networks (A ON), National Communication System, NCS TIB 00-7, August 2000
  9. DrakaElite, BendBright-Elite Fiber for Patch Cord, Draka Communications, July, 2010
  10. W. Ford, «Computer Communications Security», Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 1994.
  11. D. R. Stinson, «Cryptography», Boca Raton, FL: CRC, 1995.
  12. N. Ferguson and 8. Schneier, «Practical Cryptography», Indianapolis, IN: Wiley, 2003.
Теги:
  • 18 марта 2019 в 18:27
  • 17 марта 2019 в 13:22
  • 1 марта 2019 в 21:31

habr.com

Смотрите также