Витая пара: что это? схемы и способы обжима витой пары

Эволюция Ethernet

С момента своего развития в начале 1970-х годов Ethernet постоянно развивался, чтобы удовлетворить растущие потребности локальных компьютерных сетей. Первоначально он использовал общий коаксиальный кабель в качестве среды связи, но перешел на неэкранированные двухточечные соединения типа «точка-точка», которые увеличили пропускную способность, а также перешли от локальных сетей (LAN) до глобальных сетей (WAN).

Стандартизация технологии IEEE в 1982 году вместе с появлением Всемирной паутины еще больше ускорили рост и последующее доминирование Ethernet в топографии сети. Медные носители, используемые для передачи Ethernet, также расширились до оптоволоконного и беспроводного транспорта для удовлетворения потребностей в полосе пропускания и расширения на этих растущих рынках.

На протяжении всей эволюции до 1 Гбит Ethernet восьмипозиционный разъем 8P8C был основой Ethernet-подключения. Этот замечательный медный разъем является прямым потомком модульных разъемов, разработанных Bell Laboratories в 1972 году для использования в приложениях телефонии. В сетевых приложениях его обычно называют разъемом Ethernet или RJ45.

Эти недорогие соединители подключаются к проводам с помощью простого одностадийного процесса смещения изоляции, который требует одного инструмента, гарантирующего, что качество соединения не зависит от квалификации оператора. Позолоченный плоский контакт между ножом и пружиной доказал свою высокую надежность в самых разных сложных условиях.

Следующим шагом на пути к более высокой производительности Ethernet является Ethernet 40 Гбит, описанный в стандарте IEEE 802.3ba, ратифицированном в 2010 году. Приложениям верхнего уровня часто требуется возможность объединять несколько каналов Ethernet 1 ГБ или 10 ГБ, что делает Ethernet 40 Гбит привлекательным вариантом.

Более новый интерфейс в гонке для поддержки 100Gb Ethernet — это разъем CXP. Он обеспечивает до 12 каналов 10 Гбит/с в пакете, немного превышающем QSFP +. Хотя CXP изначально разрабатывался для Infiniband, он поддерживает каналы 10 x 10 Гбит/с для 100 Гбит Ethernet.

Технические преимущества более низких скоростей на полосу движения могут быть уравновешены перегрузкой занимаемой площади печатной платы, которая является следствием большего количества дифференциальных пар. Этот медный разъем также будет ограничен относительно краткосрочными приложениями, хотя доступны активные сборки оптического кабеля CXP.

Учитывая десятикратный скачок скорости предыдущих итераций Ethernet, следующая логическая цель — 1TbEthernet, хотя некоторые предлагают более «скромный» скачок до 400 Гбит/с. Xilinx уже описал 28-нм ПЛИС, которая может поддерживать 400 Гбит Ethernet. Нет сомнений в том, что Ethernet во многих его формах будет продолжать создавать значительные технические проблемы, а также возможности для расширения соединителей в течение многих лет.

Конструкция витопарного кабеля

Витопарный кабель имеет общий диаметр около 5,2-6 мм. Кабель состоит из нескольких витых пар. Проводники в парах изготовлены из монолитной медной проволоки толщиной 0,4—0,6 мм либо из множества более тонких медных проводников (кабель получается более гибкий и обычно используется в патчкордах). Кроме метрической, применяется американская система AWG, в которой эти величины составляют 26—22 AWG. В стандартных 4‑парных кабелях в основном используются проводники диаметром 0,51 мм (24 AWG). Толщина изоляции проводника — около 0,2 мм. Материал изоляции — обычно поливинилхлорид (ПВХ, англ. PVC), для более качественных образцов 5 категории — полипропилен (ПП, англ. PP), полиэтилен (ПЭ, англ. PE). Особенно высококачественные кабели имеют изоляцию из вспененного (ячеистого) полиэтилена, который обеспечивает низкие диэлектрические потери, или тефлона, обеспечивающего широкий рабочий диапазон температур.

Также внутри кабеля иногда встречается так называемая «разрывная нить» (обычно капрон), которая используется для облегчения разделки внешней оболочки — при вытягивании она делает на оболочке продольный разрез, который открывает доступ к кабельному сердечнику, гарантированно не повреждая изоляцию проводников. Также разрывная нить, ввиду своей высокой прочности на разрыв, выполняет защитную функцию.

Внешняя оболочка 4‑парных кабелей имеет толщину 0,5—0,9 мм в зависимости от категории кабеля и обычно изготавливается из поливинилхлорида с добавлением мела, который повышает хрупкость. Это необходимо для точного облома по месту надреза лезвием отрезного инструмента. Для изготовления оболочки могут использоваться полимеры, которые не распространяют горения при групповой прокладке и не выделяют при нагреве галогены (такие кабели маркируются аббревиатурой англ. LSZH: low smoke zero halogen — малой дымности, не выделяющий галогенов; российская маркировка: нг(A)-HF, нг(B)-HF, нг(C)-HF, нг(D)-HF). Кабели, не поддерживающие горение и не выделяющие дым, по европейским стандартам разрешается прокладывать и использовать в закрытых областях, где могут проходить воздушные потоки системы кондиционирования и вентиляции (так называемых пленум-областях). Кабели для внешней прокладки поверх поливинилхлоридной оболочки имеют оболочку из полиэтилена для защиты от солнечного излучения. Эти кабели распространяют горение даже при одиночной прокладке. Открытая прокладка таких кабелей в зданиях и сооружениях запрещена.

В общем случае, цвета не обозначают особых свойств, но их применение позволяет легко отличать коммуникации c разным функциональным назначением, как при монтаже, так и обслуживании. Самый распространённый цвет оболочки кабелей — серый. У внешних кабелей внешняя оболочка чёрного цвета. Оранжевая окраска, как правило, указывает на негорючий материал оболочки.

Отдельно нужно отметить маркировку. Маркировка на кабеле в бухтах, кроме данных о производителе и типе кабеля, обязательно включает в себя метровые или футовые метки. Эти метки позволяют узнать длину уже проложенного закрытым способом кабеля. Маркировка патчкордов не включает в себя метки о длине.

Форма внешней оболочки кабеля «витая пара» может быть различной. Чаще других применяется круглая форма. Для прокладки под ковровым покрытием может использоваться плоский кабель. В плоском кабеле провода также скручены в пары, однако пары не скручены вокруг общей оси. В результате плоский кабель более подвержен влиянию помех.

Кабели для наружной прокладки обязательно имеют влагостойкую оболочку из полиэтилена, которая наносится (как правило) вторым слоем поверх обычной, поливинилхлоридной. Кроме этого, возможно заполнение пустот в кабеле водоотталкивающим гелем и бронирование с помощью гофрированной ленты или стальной проволоки.

Общие сведения

Очень часто возникает необходимость выполнить разводку для домашней сети из устройств с выходом в интернет. Решить проблему очень просто, поскольку необходимо приобрести роутер, настроить его и подключить к нему все устройства. В этом случае необходима обжимка кабеля. Существует два выхода из этой ситуации: обратиться за помощью к специалисту или выполнить обжимку самостоятельно. Обжимка сетевого кабеля стоит недорого, но в некоторых случаях бывает невыгодной, поскольку нужно подстраиваться и ждать прихода специалиста.

Виды витой пары

Витой парой называется специальный кабель, состоящий из определенного количества медных проводов в оболочке, причем они скручены между собой определенным образом. Скручиваются провода определенным образом для того, чтобы исключить их влияние друг на друга. Витая пара применяется для передачи данных. Сетевой кабель подключается к устройствам через специальные разъемы при помощи коннекторов.

Ethernet-кабель может быть с защитой и без нее. Защитная оболочка изготавливается из алюминиевой фольги или оболочки (оплетки). Защита может быть двух типов: общей и попарной. Общая защита распространяется на весь кабель, а попарная только на каждую пару. Сетевой провод можно разделить на несколько типов:

1. UTP.
2. FTP.
3. STP.
4. S/FTP.
5. S/STP.
6. SF/UTP.

Типы сетевых кабелей с маркировками UTP (неэкранированный) или FTP (общий экран из фольги) можно применять в помещениях. Если требуется проложить коммуникации на улице, то следует применить SF/UTP-кабель. Если интернет-провод прокладывается вместе с электрическим кабелем, необходимо применять STP или S/STP, в которых предусмотрена защита каждой пары и двойной экран (длина более 100 м). S/FTP-кабель (экранирована каждая пара и сам кабель) предназначен для использования в условиях при высоких помехах.

Каждая жила ethernet-кабеля может состоять из одного (одножильные) или множества (многожильные) проводников. Одножильные провода плохо гнутся, но обладают улучшенными характеристиками, влияющими на расстояние передачи сигнала. Они лучше обжимаются, фиксируются и практически не изгибаются. Сетевой кабель, жилы которого состоят из одного проводника, применяется для подключения интернет-розеток.

Категория и защитная оболочка

Очень важна категория витой пары. Для подключения к интернету или проведения коммуникаций для компьютерной сети следует использовать категорию не ниже САТ5. В исключительных случаях подойдет САТ6 и САТ6а. Обозначения категории выбиты на оболочке. Всего существует 7 видов категорий для витой пары:

1. I — 1 пара (полоса пропускания 0,1 МГц): применяется в телефонной связи.
2. II — 2 (1 МГц): сети со скоростью передачи данных до 4 Мбит/с.
3. III — 4 (16 МГц): 10 и 100 Мбит/с.
4. IV — 4 (20 МГц): до 16 Мбит/с.
5. V — 4 (100 МГц): 100 Мбит/с (используются 2 пары).
6. Ve — 4 (125 МГц): 100 Мбит/с (2 пары) и 1 Гбит/с (4 пары).
7. VI — 4 (250 МГц): от 1 до 10 Гбит/с.
8. VII — 4 (600 МГц): экранированный до 10 Гбит/с.

Витая пара еще отличается формой и цветом оболочки. Обычный тип сетевого провода — серая оболочка. Оранжевый (ярко-красный) цвет оболочки свидетельствует о том, что сетевой провод не поддерживает горение. Последний тип провода имеет смысл применять в местах, подверженных возгоранию. Кроме того, витые пары бывают плоскими и круглыми. Они не отличаются техническими характеристиками.

Ethernet-кабель состоит из 2 (4 провода) или 4 (проводов) пар. При скорости до 100 Мбит/с можно использовать 2 пары. Если скорость передачи данных, которая находится в диапазоне от 100 Мбит/с до 1 Гбит/с (1000 Мбит/с), то следует использовать все 8 проводов (пары). При проектировании домашней сети или подключении к интернету следует учитывать эти особенности. Лучше сразу протянуть 4 пары, поскольку при увеличении скорости передачи информации свыше 100 Мбит/с придется перетягивать кабель заново.

Основные характеристики UTP кабеля

Если полистать технический словарь и найти кабель utp что это, то можно выяснить что с английского языка эта аббревиатура переводится как «неэкранированная витая пара». Такой кабель подразумевает завивку его отдельных жил между собой и объединение их в пары по две штуки. Делается это с вполне обоснованными техническими целями. Скрученные между собой проводники менее подвержены воздействию внешних помех. Собственно поэтому кабель ЮТП используется для передачи данных.

Чаще всего используются шнуры с 8 проводами, т.е. 4 пары. Их подробное описание можно найти на бухте, в которой они продаются. Такие кабели можно встретить в жилых домах в качестве линии для сети Интернет. Однако этот форм-фактор является далеко не единственным. В одном кабеле может содержаться от 2 до 50 пар витых проводников. Отдельные жилы имеют индивидуальную изоляцию толщиной 0,2 мм. Сами провода сделаны из монолитной медной проволоки диаметром 0,4-0,6 мм. Существует и гибкий ютипи кабель. В нём одна жила состоит из множества более мелких проводников. Такой кабель получается более пластичным, удобным и износостойким, поэтому он может справляться с механической раскачкой от ветра или прочих внешних усилий.

Дополнительная информация. Следует избегать многократных перегибов монолитного кабеля в одном и том же месте. Периодическое воздействие способно надломить жилу. В дальнейшем отыскать обрыв под 2-3 слоями изоляции будет крайне проблематично.

Каждая пара проводников отличается уникальным сочетанием цветов. Т.е. в любом кабеле будет только одна бело-синяя или чёрно-зелёная группа. Сделано это для того, чтобы различать провода между собой, ведь это необходимо для правильного их подключения. Всего в маркировке используется 10 цветов, благодаря которым кабель проще обжать в штекере для подключения к ПК или прочим сетевым устройствам.

Коннектор RJ-45

Весь массив жил снаружи имеет общую изоляцию серого или белого цвета толщиной 0,5-0,9 мм (для 4-х парных кабелей). Чаще всего она изготовлена из поливинилхлорида, однако в более качественных и дорогих марках может использоваться полиэтилен или полипропилен. Выделяются и кабели с защитным покрытием, препятствующим прониканию влаги или горению. Дополнительно внутри может быть капроновая разрывная нить. Она предназначена для более удобной разделки кабеля. Также, ввиду прочностных свойств капрона, разрывная нить выполняет защитную функцию и препятствует растяжению и разрыву жил.

Цветовая маркировка UTP

Виды кабеля, применяемого в сетях

В защите нуждаются как сигналы, передаваемые по кабелю, так и элементы конструкции кабеля. Защитные элементы разделяют в зависимости от назначения:

• химическая защита — защита кабеля от внешних воздействий (почва, вода, газы, солнечный свет);
• механическая защита — защита кабеля от механических повреждений.
• экранирование — защита сигнала от помех (от внешних и внутренних электромагнитных наводок);

Защитные элементы продлевают срок службы кабеля.

Для механической защиты провода используют особо прочные оболочки и оплётку из медной проволоки. Оболочка из чёрного полиэтилена защищает кабель от солнечного света (специальная защита, применяемая для кабелей, предназначенных для прокладки на открытом воздухе). Кабели, имеющие дополнительные слои защиты, называют термином «double jacket».

Для химической защиты кабеля используют фольгу и полиэтилен. Кабели, защищённые фольгой, обозначают термином «foiled» — «фольгированные».

Алюминиевая фольга и медная оплётка также используются для кабеля и отдельных пар для дополнительной защиты от электромагнитных помех.

По числу проволок (жил) в каждом проводе кабели разделяют на:

• одножильные, однопроволочные — кабели с проводами, состоящими из одной медной проволоки (одной жилы);
• многожильные, многопроволочные — кабели с проводами, состоящими из нескольких жил.

Одножильный кабель не предполагает непосредственного контакта с подключаемым к сети оборудованием. То есть, как правило, его применяют для прокладки в коробах, стенах и т. д. с последующим терминированием розетками. Связано это с тем, что медные жилы довольно толсты и при частых изгибах быстро ломаются. Однако для «врезания» в разъёмы панелей розеток такие жилы подходят как нельзя лучше.

Многожильный кабель плохо переносит «врезание» в разъёмы панелей розеток (тонкие жилы разрезаются), но замечательно ведет себя при изгибах и скручивании. Кроме того, многожильный провод обладает бо́льшим затуханием сигнала. Поэтому многожильный кабель используют в основном для изготовления патчкордов (англ. patchcord), соединяющих сетевые устройства с розетками.

Удлинитель USB по витой паре

Иногда случается ситуации, когда необходимо протянуть USB-кабель на расстояние более 5, 15, 30 метров или даже больше. Это можно сделать самостоятельно, сегодня есть несколько решений на выбор. Все зависит от ограничений максимальной длины кабеля, а также от его качества.

Прежде нужно перейти к опциям расширения USB, чтобы понять основные ограничения длины такого кабеля. Максимальная длина кабеля между устройствами USB 2.0 составляет 5 метров, а для USB 3.x составляет 3 метра. При использовании активных USB-кабелей или ретрансляторов ограничение протяженности зависит от того, используется ли обычный USB-кабель с активным или нет. Для них длина активного кабеля для USB 2.0 составляет 30 метров, а для USB 3.x – 18 метров. Если используется обычный кабель, то предельная длина для удлинителя по витой паре USB 2.0 примерно 20 метров, а рекомендуемая для USB 3.x — 10 метров.

Скажем, нужно подключить USB-микрофон или веб-камеру от стола в конференц-зале к настенным телевизорам, которые находятся на расстоянии 25 метров или около того. Чтобы выполнить такое подключение используют одно устройство Hall Research.

Что такое витая пара?

Сегодня, в мире высоких скоростей интернета, чтобы по-максимуму использовать весь потенциал роутера и других сетевых девайсов, крайне важно, чтобы сетевой кабель в виде витой пары соответствовал самому высокому классу защиты. Технология, при которой передача информации по проводам в виде электрических импульсов, сильно подвержена влиянию окружающего электромагнитного поля

• Самые дешевые сетевые кабели (UTP) имеют тонкую оплетку, внутри которой без какого-либо дополнительного содержимого проложены витые пары проводов. Такой кабель я бы не рекомендовал использовать даже для самого банального подключения компьютера к маршрутизатору.
• Но чаще попадаются кабели Ethernet с экранированием — проложенной под оплеткой дополнительной защитой в виде некого подобия фольги для защиты от посторонних наводок. Такая категория витой пары вполне подходит для решения большинства повседневных задач для подключения к роутеру.
• Если расстояние между устройствами большое, то прокладка витой пары проходит через много помещений с различным электромагнитным фоном. Например, когда нужно соединить кабелем локальной сети IP камеру видеонаблюдения, расположенную далеко на улице. В этом случае необходимо использовать максимально защищенный коаксиальный кабель для уменьшения потерь в передачи данных.

Что такое витая пара?

Витая пара – это особый вид сетевого кабеля. Его основу составляют одна или несколько пар изолированных, а также скрученных между собой проводников (от их количества зависит категория кабеля). Количество витков на определенную единицу длины минимальное, но достаточное для того, чтобы значительно уменьшить взаимные наведения при передаче сигнала. Сверху витая пара, как правило, покрыта защитной пластиковой оболочкой.

В последнее время этот вид кабеля связи стал самым распространенным при создании локальных и структурированных кабельных сетей. Это произошло благодаря его дешевизне и легкости прокладки.

Основным недостатком витой пары является значительное затухание сигнала (до уровня не распознаваемости) на расстояниях свыше 100 метров. Но этот недостаток легко ликвидируется с помощью повторителей.

Виды

В зависимости от того, есть защита или нет, а также ее качества, различают несколько видов кабелей созданных по этой технологии:

• неэкранированная витая пара (UTP) – не используется никаких дополнительных защитных приспособлений;
• экранированная витая пара (STP) – используется медная сетка;
• фольгированная витая пара (FTP) — используется алюминиевая фольга;
• экранированная фольгированная витая пара (SFTP) — используется медная сетка и алюминиевая фольга.

При этом в некоторых видах экранированного кабеля могут использовать защиту вокруг каждой пары. Такой вид экранирования обеспечивает значительно лучшую защиту от различного рода наведений, как внутренних, так и внешних.

Категории кабеля «витая пара»

Всего на данный момент существует около 15 категорий витой пары. Они нумеруются от САТ 1 до САТ 8.2. В большинстве случаев категория имеет прямую зависимость от количества используемых пар для передачи информации, а также от количества витков, которые используются на единицу длины. Категории кабеля четко описаны в Американском стандарте проводки в коммерческих строениях.

Опишем кратко каждую из категорий:

• САТ 1 – всем известный телефонный кабель. В нем используется только одна пара. Применим исключительно для передачи голоса и создания подключений с помощью модема.
• САТ 2 – устаревший тип кабеля, состоящий из 2-х пар проводников. Он поддерживал передачу данных на скоростях менее 4 Мбит/сек. Часто использовали его в сетях token ring. Сейчас редко используется в некоторых телефонных сетях.
• САТ 3 – улучшенная версия предыдущего 2-х парного кабеля. Создана для обеспечения передачи данных на скоростях до 10 Мбит/сек. Сейчас очень часто продолжает встречаться в телефонных сетях.
• САТ 4 – еще один неиспользуемый на сегодня вид кабеля. Состоит из 4-х пар, имеет скорость передачи до 16 Мбит/сек.
• САТ 5 – именно кабели этой категории чаще всего и называют «витая пара» в классическом ее понимании. Состоит из 4-х пар. Скорость передачи варьируется от 100 Мбит/сек (используются 2 пары) до 1000 Мбит/сек (используются 4 пары).
• САТ 5е – улучшенная версия обычной 5 категории. Также состоит из 4-х пар. Кабель имеет те же скоростные характеристики, что и витая пара предыдущей категории. Сейчас эта категория является самой распространенной.
• САТ 6 – для передачи используется 4 пары, которые позволяют повысить скорость передачи до 10000 Мбит/сек.
• САТ 6а — для передачи используется 4 пары, которые позволяют повысить скорость передачи до 10 Гбит/сек.
• САТ 7 — для передачи используется 4 пары, которые позволяют повысить скорость передачи до 10 Гбит/сек. Кабель этой категории должен быть экранированным.
• САТ 8 – находится на данный момент в разработке. Предположительно позволит передавать информационный поток со скоростью до 40 Гбит/сек. Должен иметь общий экран или экран для каждой пары.

Количество пар в одном кабеле может доходить до 100 штук! Посмотрите, как могут выглядеть разные виды (UTP, F/UTP, S/FTP, SF/UTP, U/FTP) и категории (от Cat.3 до Cat.7A) в телекоммуникационном каталоге LAN-ART.

Там же опубликованы фотографии бухт, на которые наматывается провод, можно узнать цену и характеристики товаров.

Типы проводов WAN

Вам будет интересно:Срок службы SSD-диска, и как его продлить. Рейтинг SSD-дисков по надежности

Различают два типа витых пар — неэкранированная (UTP) и экранированная (STP). UTP выполнена из медных проводов с цветовой кодировкой, но не содержит оплетки в качестве изолятора для защиты от помех. Проволочные пары в каждом кабеле имеют различное количество скручиваний на метр. Существуют разные категории UTP.

STP выполнена из пар медных проводов, которые скручены вместе. Пары покрыты фольгой или плетеной сеткой, а также внешней оболочкой из ПВХ. Эта фольга или сетка предотвращает проникновение электромагнитных помех и устраняет перекрестные помехи.

Экран должен быть заземлен, чтобы фольга или плетеная сетка не становились магнитом для электричества. Скручивание проводов уменьшает влияние шума или внешних помех. Количество витков на единицу длины будет определять качество кабеля, а больше поворотов означает лучшее качество.

STP менее чувствительна к шуму по сравнению с UTP и поэтому уменьшает перекрестные помехи. Недостатки STP — он обязан быть правильно заземлен и дороже, чем UTP.

Преимущества витой пары:

Используется для передачи, как аналоговых. так и цифровых данных.
Относительно легко реализуется .
Самый дешевый способ передачи на короткие расстояния.
Если часть кабеля повреждена, это не влияет на всю сеть.

Недостатки витой пары:

Предлагает плохую помехоустойчивость, в результате искажение сигнала больше.
Затухание очень высокое.
Поддерживает более низкую пропускную способность по сравнению с другими средами.
Обеспечивает скорость 10 Мбит/с до 100 м.
Обеспечивает очень плохую безопасность и относительно прост в использовании.
Будучи тонкими по размеру, они могут быть легко повреждены.

Заключение

Описанные в статье проблемы не являются обязательными к приобретению. Возможно, найдётся человек, который скажет: «Я вот в своих проектах всё время применяю исключительно омедненную витую пару категории 5Е и проблем не знаю». Разумеется, большую роль играет качество исполнения, условия эксплуатации, периодический контроль и своевременное обслуживание. Однако, остается еще необходимость использовать PoE, а для такой ситуации использование медной витой пары категории 6 является более перспективным решением.

Возможная экономия при использовании дешевой омедненной витой пары носит достаточно специфический характер. Если речь идет о крупномасштабных проектах уровня Enterprise для бизнеса, критичного к ИТ — разумнее использовать высококачественную медную пару от проверенных, хорошо зарекомендовавших себя производителей. Если речь идёт о малых сетях, то экономия на витой паре, особенно в условиях «приходящего админа» выглядит довольно сомнительно. Иногда бывает лучше переплатить за качественный кабель, чтобы снять потенциальные проблемы, повысить надежность, расширить диапазон возможностей (PoE) и снизить стоимость обслуживания.

Благодарим наших коллег из компании NeoNate за помощь в создании материала.

Приглашаем в наш телеграмм канал и на форум. Поддержка, консультации по выбору оборудования и просто общение профессионалов. Добро пожаловать!

Хотите стать партнером Zyxel? Начните с регистрации на нашем партнерском портале.