Витая пара: пропускная способность, характеристики, назначение

Важные характеристики кабеля

Очень часто в бухте или на самом кабеле можно встретить определенные характеристики, которые сильно влияют на пропускную способность кабеля. Чаще всего используются три. Давайте сначала рассмотрим AWG или American Wire Gauge(Американский калибр проводов). Тут все достаточно просто, чем меньше значение, тем толще провод. Число AWG говорит, про количество потягиваний основы WAG 0 (8мм) через определенное отверстие.

Но не будем вдаваться в подробности производства, так как это не совсем нужно. А нужны нам следующие характеристики, а именно наша площадь поперечного сечения. Достаточно взглянуть на таблицу ниже.

Одна жила

Как видите с уменьшением AWG каждый проводок увеличивается в диаметре, а также подрастает показатель поперечного сечения. Именно от показателя AWG и можно отталкиваться, смотря на категории кабелей. Так как площадь поперечного сечения растет, то по кабелю можно передавать ток куда большей частоты, от чего может расти скорость. Такие кабеля часто используют в серверах.

Давайте взглянем на следующую таблицу, где расписаны категории сетевых кабелей:

Если взглянуть на таблицу, то можно заметить увеличение частоты. Нас будет интересовать провода с 5 категории, так как меньшая категория реже используется. Как вы видите с каждым шагом увеличивается частота из-за чего также растет и AWG и поперечное сечение. Если вы читали мою прошлую статью, то помните, что я отмечал увеличение скорости изначально только за счет задействования всех проводков при передаче данных, а не отдельных пар.

Именно за счет этого можно добиться 1000 Мбит при передаче через обычный кабель, но не на далекое расстояние. Если же нужна большая скорость, то нужен общий экран, а также вокруг каждого проводка, чтобы защитить данные от электромагнитного воздействия. Далее для увеличения скорости до 10-40 Гбит в секунду, надо увеличить частоту, а следовательно, и диаметр кабеля.

Именно поэтому лучше всего также смотреть именно на категории проводов, а не на одну характеристику. Также нужно учитывать тип экранирования, от этого также будет зависеть категория и цена, которая будет только повышаться. Об этом я писал в первом статье – ссылку я оставил в самом начале.

Витая пара — кабель, состоящий из нескольких пар (иногда одной пары) медных проводников, которые скручены между собой и заключены в цветную изоляцию. При этом провода могут быть скручены как попарно, так и вокруг центральной оси. В чём особенность такого кабеля, какие бывают виды и маркировки, а также общие правила подбора кабеля и подключения — все подробности в статье.

Преимущества применения витых пар

При сравнении коаксиального шнура и витой пары можно отметить плюсы последней:

• она лучше защищает потоки данных от помех благодаря особенной структуре;

• при использовании витой пары для при значительном расстоянии чистота четкость сигнала сохраняется, особенно если использовать экранированный кабель с заземлением;
• рекомендуется применять витую пару на участках, где повышено электромагнитное излучение;
• линия с таким кабелем передает одновременно различные сигналы – аудио, видео, телеметрию.

Но, чтобы воспользоваться всеми преимуществами витой пары рекомендуется выбирать качественный продукт, в котором шаги скрутки проводников точно сбалансированы. Тогда отдельные пары не будут оказываться друг на друга отрицательное воздействие.

Типы витых пар по сетевому подключению

По своему назначение витые пары делятся на 10 основных категорий. Я не буду здесь перечислять все, а остановлюсь лишь на тех, которых подходят для использования в качестве сетевого кабеля интернета.

• Cat 5D — витая пара, состоящая из 4 скруток, то есть 8 жил. Такой кабель поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при задействовании двух пар и 1000 Мбит/с — четырех.
• Cat 5E — усовершенствованный вариант предыдущей категории — он тоньше и дешевле. Самый распространенный вариант для работы с сетями Fast и Gigabit Ethernet.
• Cat 6E — второй по популярности тип сетевого кабеля Ethernet. Он неэкранированный, имеет 8 пар жил и поддерживает передачу данных на скорости до 10 Гбит/с. Максимальное расстояние — 55 метров
• Cat 6А — сетевой кабель, состоящий из 4 витых пар. Тип экранирования — S/FTP или F/FTP, расстояние уже 200 метров
• Cat 7F — 8 жил, экранирован по категории S/FTP, скорость та же — до 10 Гбит/с
• 7A — самый продвинутый сетевой кабель, имеющий в своем арсенале 8 проводов, экранирован по типу S/FTP. Передача информации происходит на скорости до 40 Гбит/с по линии длиной до 50 метров и до 100 Гбит/с с максимальным расстояние в 15 метров.

Типы проводников

Провод изготавливают из разных материалов с различной толщиной. И от их качества и сечения сильно зависит цена.

Материал

Каноничным металлом для провода считается медь. Но она довольно дорога сама по себе, и не всегда нужна для применения. Поэтому в данный момент можно увидеть три основных материала:

• Алюминий. Провод, сделанный из алюминия, значительно легче и дешевле медного. Это все его преимущества, дальше идут только недостатки. Электропроводность алюминия ниже, чем у меди, в 1,7 раз. На небольших участках это не заметно, но на длинных участках, граничащих с максимально допустимыми длинами, это может стать серьёзной проблемой. С алюминиевых проводов со временем могут сползать коннекторы. Материал сильно подвержен коррозии и его применение недопустимо в сырых помещениях или на улице, поскольку из-за повреждения коррозией электропроводность жилы значительно ухудшается. Провод из алюминия не такой гибкий, как медный, поэтому его несколько сложнее монтировать и проще повредить. Идеальное место применения кабеля с алюминиевыми жилами — это сухое помещение, например, квартира или офис, где длины кабеля не превышают половины, разрешённой используемым стандартом. Таким кабелем не получится запитать устройства по технологии PoE (Power over Ethernet). Эта технология позволяет передавать на устройство сигнал и электропитание через данный провод;
• Омеднённый алюминий. Представляет собой алюминиевый кабель с нанесённым на его поверхность медным слоем. Этот кабель тоже значительно легче медного, но уже не так дёшев. Разница с медным кабелем составляет около 15%. Преимущество над кабелем из чистого алюминия заключается в улучшенной электропроводности и защите от коррозии. Но даже несмотря на то, что проводимость уже значительно лучше, чем у алюминиевого, технология PoE плохо работает на таком кабеле;
• Медь. Провод, изготовленный из меди, тяжелее и дороже всех остальных. Но именно она позволяет выжать из использованной технологии всё, что задумано. И именно при медном исполнении пропускная способность витой пары будет максимальна. Сеть, построенная из медного кабеля будет самой качественной и долговечной.

Исполнение проводников

Проводники могут быть одножильными и многожильными.

• Одножильный (Solid). Представляет из себя цельную жилу из одного проводника. Подходит для передачи сигнала на длительные расстояния. Подходит для обжима ручным инструментом;
• Многожильный (Stranded), состоит из нескольких проводников скрученных по спирали. Более гибкий и хорошо подходит для изготовления патч-кордов. Не очень подходит для обжима ручным инструментом.

Сечение

Чем толще сечение жилы витой пары, тем больше можно пропустить по нему информации, и тем выше дальность передачи. Деление на категории уже само подразумевает то, что для выбранной категории кабеля будет выдержано требуемое сечение провода. Для маркировки сечения проводника придумана маркировка – AWG. На русский язык эта аббревиатура переводится как – Американский калибр проводов. Если говорить упрощённо, то для каждого значения AWG есть свой диаметр жилы и площадь её поперечного сечения. Для одножильного и многожильного кабеля эти значения будут разными.

Для категории Cat.5e стандарт – 24AWG. Это означает что для его полноценной работы диаметр каждого провода должен составлять 0,511 мм, что означает площадь поперечного сечения 0,205 кв. мм.

Общие свойства кабелей

Эффект проявляется в зависимости от толщины проводника. Чем толще провод, тем меньше сопротивление, тем сильнее сигнал на заданном расстоянии и тем лучше характеристики среды. Более толстые провода предлагают преимущество большей прочности на разрыв. Калибровочные числа являются регрессивными. Другими словами, чем больше число, тем меньше проводник.

Конфигурация с одной парой — несколько пар объединяются таким образом, чтобы минимизировать затраты на развертывание, связанные с подключением нескольких устройств, например, электронных телефонных станций УАТС или KTS, терминалов данных и модема к одной рабочей станции.

Полоса пропускания — эффективная емкость кабеля витой пары зависит от нескольких факторов, в том числе от размера проводника, длины цепи и расстояния между усилителями (повторителями). Приложение с высокой пропускной способностью (частотой) может создавать помехи другим сигналам в парах, находящихся в непосредственной близости.

Безопасность — витая пара по своей природе является небезопасной средой передачи. Относительно просто разместить физические отводы по UTP. Кроме того, излучаемая энергия легко перехватывается с помощью антенн или индуктивных катушек, без необходимости размещения физического отвода.

Конструкция витопарного кабеля.

* Каждая отдельно взятая витая пара, входящая в состав кабеля, предназначенного для передачи данных, должна иметь волновое сопротивление 100±15 Ом, в противном случае форма электрического сигнала будет искажена и передача данных станет невозможной. Причиной проблем с передачей данных, а так же больших потерь сигнала, может быть не только некачественный кабель, но также наличие «скруток» в кабеле и использование розеток более низкой категории, чем кабель.

Причины скрутки

Зачем скручивают по парам? В первую очередь это увеличивает надёжность структуры внутри первичной оплётки. При этом не будет опасности, что провода внутри распадутся, что может привести к поломке при монтаже

Кто хоть раз прокладывал кабель знает, что это важно при протаскивании нескольких кабелей в небольшое отверстие в стене. Если внутри пары были бы не скручены, то это привело бы к большему числу внутренних надломов

А выявить это после прокладки длинного кабеля очень сложно.

Второй причиной является улучшение качества передачи. Электромагнитное и магнитное воздействие извне влияет не на всю площадь кабеля, а поочередно из-за скрутки, тем самым увеличивается длина передачи данных.

Информация же идёт одинаково по парам. И если на пути встречается помеха, то приёмник принимает оба сигнала и просто вычитает помеху. То есть второй дополнительный провод нужен для проверки правильности передаваемых сигналов.

Скручивание так и действует – при ближнем расположении первого провода на него идёт максимальное воздействие окружающей среды. На втором парном проводе воздействие минимальное, так как он прячется за первый. А в конце сигналы складываются.

Сейчас многие наверное подумали – так ведь если использовать для пропуска информации все 8 жил, то скорость увеличится в 2 раза. Да, вы совершенно правы. Но тут встаёт вопрос об уменьшении или полной защите от электромагнитного воздействия, дабы уменьшить шанс возникновения шумов при передаче информации.

Для этого есть высококлассные провода с функцией экранирования. Тогда электромагнитное воздействие почти не будет влиять на сигнал, шумов почти не будет и можно будет использовать все 4 пары жил. Про оплётку будет рассказано чуть ниже.

«Витая пара — это 10 Gigabit для бедных?»

Иногда встречается мнение, что оптоволокно — это всегда шаг вперёд по сравнению с любым медным проводником. Проще говоря, «Оптика — это круто, это на века, давайте использовать только её». На самом деле такой подход не просто ошибочен, а может оказаться очень даже вреден. Ниже приводится несколько факторов, которые помогут выбрать между витой парой и оптоволоконным соединением.

Преимущества витой пары

Цена вопроса. Помимо покупки самого оптоволоконного патчкорда, ещё понадобится приобрести трансиверы для порта SFP/SFP+. При наличии портов RJ45 простой медный патчкорд витой пары, пусть даже 7-й категории обойдётся дешевле

Совместимость. Разумеется, стандарты, принятые международными организациями, обязательны для всех, но, к сожалению, некоторые производители не спешат прислушиваться к общему мнению. Но для оборудования от некоторых вендоров требуется чтобы и трансиверы — всё от этого же производителя

Нарочно это делается или где-то случайно так получилось — это уже не так важно, главное, что такая проблема встречается. А у коммутаторов со встроенным портами под витую таких проблем нет, остаётся только подобрать кабель требуемой категории

Износостойкость разъёмов. Если планируется переподключение сетевых устройств, например, при закупке или модернизации оборудования, изменении топологии сети и так далее — лучше использовать витую пару. Дело в том, что оптоволоконные патчкорды критичны к механическим воздействиям. Малейшее загрязнение, воздушный зазор и другие мелкие проблемы, возникающие при переключении оптоволоконных патчкордов, могут оказаться препятствием для достижения требуемой скорости. В идеале подключение оптоволоконного кабеля должно выполняться один раз и навсегда. Разумеется, коннекторы витой пары не стоит переподключать без особой нужды, но они не настолько капризны.

Укладка и монтаж. Правильно уложить оптоволокно без заломов и перегибов — не такая простая задачка. И уж точно не допустимо случайное механическое, температурное и другое воздействие. Если заметили, что оптоволоконный провод обдувает горячая струя воздуха из системы охлаждения, случайно пережали, потянули — после устранения неблагоприятной ситуации патчкорд лучше сразу заменить. Звучит красиво, только стоит это не дешево, а трудозатраты на повторный монтаж и укладку тоже мало кто учитывает.

Механическая прочность. Оптика плохо выдерживает даже совсем небольшие механические нагрузки. А уж если случайно «потянули» сервер из стойки на салазках, позабыв отключить разъемы оптоволоконных кабелей — в этом точно нет ничего хорошего. При любом подозрении на механическую нагрузку лучше использовать витую пару.

Категории витой пары

Для каждого поколения передающих устройств есть соответствующие категории витой пары. Так как статья посвящена 10 Gigabit Ethernet, не будем вдаваться в подробности для другого типа оборудования.
Ниже представлена информация касательно сетей 10G.

Таблица 1. Категории витой пары, способные к передаче со скоростью10G.

Классификация

Что такое кабель витая пара и для чего она нужна — вопрос, ответ на который зависит от типа и категории провода. Чтобы разобраться с этим вопросом, потребуется рассмотреть классификацию ВП.

#1 Количество жил

В зависимости от условий эксплуатации и монтажа используют:

1. Монолитный (одножильный). Каждый провод — это одна медная проволока, довольно толстая (0,3-0,6 мм), но хрупкая. Их используют для монтажа внутри стен, коробов и за панелями, чтобы затем коммутировать к розеткам.
2. Многожильный. Пучок нескольких тонких жил объединён в один провод, такое решение улучшает гибкость, однако из-за сильного затухания сигнала не рекомендуется использовать многожильные провода длиной более 100 метров. Именно такая ВП используется в домах и офисах для прокладки локальной сети от роутера к компьютеру.

#2 Количество скруток

Как правило, используются двух- и четырехпарные ВП, однако существует стандарт и для одной скрутки, но он считается устаревшим, и иногда используется для подключения модемного интернета.

Среди типичного примера использования четырёхпарного провода — задача, как к розетке подключить витую пару (подсоединить сеть). В таких ситуациях лучше использовать одножильный кабель, состоящий из 4 скруток.

#4 Поперечный срез

ВП бывает круглого и плоского среза. Круглые ВП универсальны, в то время как плоские ВП предназначены для прокладки под коврами или обоями.

#4 Способ экранирования

Экранирование используется для защиты ВП от электромагнитного воздействия:

• UTP (U/UTP) — без защиты.
• FTP (F/UTP) — общий для всех скруток экран из фольги.
• STP (S/UTP) — общая для всех скруток оболочка из металлической оплётки.
• U/FTP — фольгированы только скрутки.
• F/FTP — фольгированы и отдельные скрутки, и весь кабель.
• S/FTP — скрутки фольгированы, а весь кабель защищён оплёткой.
• SF/FTP — скрутки экранированы фольгой, а весь кабель защищён и фольгой, и оплёткой.

#5 Цвет оболочки

Цвет оболочки указывает на область применения:

• чёрный цвет говорит о дополнительном слое полиэтилена, поэтому такие ВП применяют вне жилых помещений;
• оранжевый (маркировка LSZH) провод покрыт оболочкой, устойчивой к огню и предназначен для пожароопасных условий;
• серый кабель не имеет дополнительной защиты и используется в офисах и жилых помещениях.

Витая пара FTP или UTP: отличия и советы по выбору

Нет однозначного ответа на вопрос о том, какой из этих вариантов лучше. При аналогичных условиях стандарты разных стран подразумевают монтаж UTP и/или FTP кабеля. Чтобы сделать рациональный выбор, нужно опираться на условия эксплуатации.

Виды кабелей и их различия

Для кабеля FTP и UTP отличия заключаются в:

• защите от помех;
• необходимости заземления;
• дальности передачи;
• гибкости;
• устойчивости к низкочастотным шумам

Необходимо четко расставить приоритеты между указанными пунктами, выбрав наиболее подходящее предложение. Рекомендуется учитывать репутацию производителя и используемые материалы.

Категории кабеля витая пара (скорость передачи данных).

В основу определения категории витой пары положен максимально пропускаемый частотный диапазон. Это обусловлено количеством витков на одну единицу длины кабеля. То бишь, чем выше категория, тем больше пропускаемый частотный диапазон в следствии увеличения витков каждой витой пары. Категории витой пары описывается в международных и отечественных стандартах.

Категории (сокращенно CAT) витой пары определяют расчетную скорость передачи данных. Кроме этого кабель LAN еще разделяют на классы и при построении структурированной кабельной системы их тоже учитывают. Следует помнить, что витая пара более высокого класса поддерживает технические возможности низшего класса. А вот витая пара по классу ниже не поддерживает технические приложения высшего класса. Чем выше класс тем лучше передаточные характеристики и выше предельная частота работы кабельной линии.

• CAT1 (частотная полоса — 0,1 МГц). Имеет одну пару и используется для передачи голоса и цифровых данных при участии модема. Это стандартный телефонный кабель, который в свое время использовался в «скрученном» виде в США, а в России применяется и сейчас без скруток. Не подходит для современных систем и имеет большое влияние помех.
• CAT2 (частотная полоса — 1 МГц). Имеет две пары проводников и уже изжил себя. Иногда применяется при построении телефонных сетей. Ранее встречался в сетях Arcnet и Token Ring. Обладает скоростью передачи данных до 4 Мбит/с. Не годится для построения современных сетей.
• CAT3 (частотная полоса — 16 МГц. Класс «С»). Встречается 2-х парный и 4-х парный тип витой пары. Применяется не только для создания телефонных, но и локальных сетей на базе 10BASE-T. Поддерживает скорость передачи данных от 10 до 100 Мбит/с по технологии 100BASE-T4 протяженностью не более 100 метров. В отличии от CAT1 и CAT2 поддерживает стандарт IEEE 802.3.
• CAT4 (частотная полоса — 20 МГц). В свое время этот 4-х парный кабель использовался в технологии 10BASE-T и 100BASE-T4. Возможна скорость передачи данных до 16 Мбит/с. В наши дни не используется.
• CAT5 (частотная полоса — 100 МГц. Класс «D»). Кабель применялся для создания телефонных линий и построения локальных сетей 100BASE-TX, а также в Ethernet (LAN). Поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с.
• CAT5e (частотная полоса 125 МГц). Это усовершенствованная витая пара пятой категории. При использовании 2-х пар поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с и до 1000 Мбит/с в 4-х парном кабеле. Как правило, используется 4-х парный кабель для построения локальной компьютерной сети. Это самый распространенный тип витой пары.
• CAT6 (частотная полоса 250 МГц. Класс «E»). Это распространенный тип кабеля, который применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. В структуре кабеля четыре пары проводников. Поддерживает высокую скорость передачи данных до 10 Гбит/с протяженностью не более 55 метров.
• CAT6a (частотная полоса 500 МГц. Класс «EA»). Структура кабеля состоит из четырех пар проводников. Он используется в сетях Gigabit Ethernet и поддерживает скорость до 10 Гбит/с на расстоянии до 100 метров.
• CAT7 (частотная полоса 600 — 700 МГц. Класс «F»). Поддерживает скорость передачи данных до 10 Гбит/с. Структура кабеля имеет общий внешний экран и фольгированную защиту каждой пары. По типу относиться к S/FTP (ScreenedFullyShieldedTwistedPair).
• CAT7a (частотная полоса 1000 -1200 МГц. Класс «FA»). Скорость витой пары доходит до 40 Гбит/с на расстоянии до 50 метров и до 100 Гбит/с протяженностью до 15 метров.

На просторах интернет мне попалось хорошее видео по теме, предлагаю вам его посмотреть.

Для того чтобы сетевой кабель служил долго следует соблюдать правила монтажа. Например, при прокладке нужно следить за целостностью кабеля по всей его длине и не допускать растяжений и изгибов потому, что это может нарушить структуру экрана, что приведет к низкой устойчивости кабеля к электромагнитным помехам. Дренажный провод кабеля должен быть соединен с экраном разъема.

Кроме этого при монтаже нельзя допускать изгибов более восьми внешних диаметров кабеля. Слишком сильный изгиб может повредить фольгированный экран, что заметно ухудшит свойства кабеля и снизит скорость связи внутри сети. Пока!

Схемы обжима сетевого кабеля для разъемов RG-45

В предыдущих наших статьях мы уже писали, как можно обжать сетевой кабель самостоятельно, поэтому сейчас уделим больше внимания на варианты распиновки. Существуют несколько наиболее популярных схем, ними пользуются большая часть интернет провайдеров. Вот их и обсудим сейчас.

Прямая распиновка, маркируется как 568В

Прямую раскладку используют для соединения свитча, роутера, хаба с вашим компьютером. Этот способ наиболее распространенный в нашей стране. На картинке ниже вы видите, как должны располагаться провода витой пары состоящей из 8 жил в коннекторе.

Если внимательно присмотреться к этой схеме, тогда вы поймете, почему её называют прямой. Все из-за того, что обжим выполним на двух разъемах RG 45 идентично.

Перекрестная распиновка (crossover), маркируется как 568A

Перекрестной схемой пользуются, когда хотят соединить компьютер — компьютер напрямую или свитч — свитч. Поэтому если вам необходимо объединить два устройства по сети, этот метод как раз вам подойдет. Пример, какая должна быть распиновка кабеля, при 8 жильной витой паре, приведен ниже на фото.

Вы видите, что на втором штекере, провода перевернуты, отсюда и название – перекрестная схема.

Прямой обжим с 4 жильной витой пары (двухпарный провод)

Двухпарный кабель также часто используется интернет провайдерами для прокладки внутри помещения. Две пары достаточно, чтобы прокачать 100 Мбит/с, а вот себестоимость такого интернет кабеля, значительно ниже. Порядок обжима этой витой пары, мы привели ниже на картинке.

Схема обжатия витой пары RG-45 с PoE, стандарт — IEEE 802.3af

Данная схема позволит помимо информационного сигнала, передать питающее напряжение на свитч, роутер или любое другое устройство. Благодаря этому не нужно будет покупать отдельный провод для подачи питания. В распиновки коннектора rj-45, синий и коричневый провод применяют для подачи электричества. Вы спросите, а где это нам пригодиться? Отвечаю: при установки видеонаблюдения, подачи электричества на коммутатор. Многие, из которых рассчитаны принимать питание из разъема rj-45. И так далее.

Помните! Подавать по сетевому кабелю 220 В нельзя категорически, он не рассчитан на такое высокое напряжение. Последствия могут быть непредсказуемы. Стандартный диаметр сетевого кабеля 0.51мм, это дает возможность пропускать напряжение до 1.5 А. Если вам необходимо больше пропустить, тогда соедините два проводка параллельно, тогда получите увеличение в 2 раза (3 А).

Перекрестной схемой обжимайте для скорости прокачки 1 Гбит/с

Для достижения соединения в 1 Гбит/с между устройствами, нужно задействовать 4 пары (8 проводов). Пример обжатия смотрите ниже.

Возможно вам это будет интересно, статья о том как включить блютуз на ноутбуке Windows 7, 10.

Схема обжатия консольного
кабеля (rollover cable)

В этом варианте нужно один конец витой пары обжать по
обратной схеме, по отношению к другому концу. Выглядит это, как будто вы
перевернули его и глянули на штекер с другой стороны.  Эту схему обжатия применяют, когда необходимо
настроить роутер или коммутатор при помощи ПК. Чаще всего используют для
устройств Cisco.