Витая пара в современных сетях
Мы, специалисты «Мальтима Телеком», продолжаем публиковать справочные материалы по телеком-оборудованию и комплектующим в помощь специалистам. На этот раз речь пойдёт о витой паре, поставками которой мы в том числе занимаемся. Этот товар проходит входной контроль в России: часть партии тестируется тремя разными сертифицирующими тестерами, которые показывают всю картину по кабелю. Если хотя бы один тестер выявляет несоответствие, кабель в продажу не запускается.
При построении структурированных кабельных сетей особое значение имеет физическая среда передачи сигнала, роль которой обычно выполняет витая пара. В простейшем случае она представляет собой одну или несколько пар изолированных медных проводников, скрученных между собой и покрытых общей оболочкой. Сами медные проводники в таких проводах могут быть как одножильными (solid), так и многожильными (patch). Если первые обычно применяются для прокладки в коробах и стенах (обладают меньшим затуханием сигнала, удобны для врезания розеток), то вторые лучше подходят для подключения конечного оборудования к розеткам (имеют большую стойкость к многократным изгибаниям).
Для удобства использования отдельные витые пары объединяют в кабели, содержащие 2, 4, 8 и более пар. Самыми распространенными в настоящее время являются кабели, состоящие из 4 витых пар. Несмотря на общий принцип устройства, такие кабели обладают различными свойствами, основным среди которых является полоса пропускаемых частот, которая напрямую зависит от устойчивости к внешним и взаимных помехам. Именно по этому параметру кабели с витыми парами принято разделять на категории в соответствии с международным стандартом ISO 11801. Рассмотрим эти категории подробнее.
К категориям 1 и 2 принято относить устаревшие кабели с одной или двумя парами проводов, пригодные для голосовой и модемной связи, а также передачи цифрового сигнала с пропускной способностью до 4 Мбит/с.
Кабели категории 3 имеют полосу пропускаемых частот 16 МГц и пригодны для построения локальных сетей с пропускной способностью до 100 Мбит/с по спецификации 100BASE-T4. В настоящее время кабели этой категории применяются в основном для организации голосовой телефонной связи.
Полоса пропускаемых частот кабелей 4 категории составляет 20 МГц. Они также применялись для построения сетей 100BASE-T4, но в настоящее время практически не используются.
О кабелях 5 (5e) категории слышали, наверное, все. Пригодные для организации телефонной связи и передачи видеосигнала, они все же получили наибольшее распространение как основа для создания локальных компьютерных сетей 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T благодаря полосе пропускаемых частот равной 100 МГц.
Более современными является кабель 6 категории. Его полоса пропускаемых частот составляет 250 МГц, что позволяет организовать передачу данных со скоростью 10 Гбит/с на расстояние до 55 м. Впрочем, ориентироваться на последний параметр не стоит. Специалисты-практики отмечают, что достижение устойчивой работоспособности канала на дистанции свыше 50 метров труднодостижимо. Гораздо более реалистичным является показатель 30-35 м.
Существует также подкатегория данного кабеля, известная как 6А. В целях борьбы с помехами и увеличения полосы пропускаемых частот до 500 МГц эти кабели оснащены либо общим экраном из фольги (F/UTP), либо экранами вокруг каждой из четырех витых пар (U/FTP). Благодаря повышенной до 500 МГц полосе пропускаемых частот, передачу данных со скоростью 10 Гбит/с можно осуществлять на расстояние до 100 м (предельное теоретическое значение).
Самой «молодой» утвержденной Международной организацией по стандартизации (ISO) категорией кабелей является седьмая. Предназначенные для наиболее требовательных к физической среде передачи сигнала СКС, кабели этой категории обеспечивают полосу пропускаемых частот 600 МГц (1000 МГц для категории 7А), а скорость передачи данных — до 40 Гбит/с (для категории 7А). От кабелей шестой категории их отличает наличие как экрана вокруг каждой витой пары, так и общего экрана для всех 4 пар (F/FTP или S/FTP в зависимости от технологии изготовления внешнего экрана — оплетка или фольга соответственно).
Экранирование витых пар используется как для снижения внешних электромагнитных помех (общий экран), так и для минимизации взаимных наводок между витыми парами (индивидуальные экраны). Судить о конструкции конкретного кабеля можно по его маркировке. Так буква F означает наличие экрана из сплошного полотна фольги, а буква S — наличие экранирующей оплетки. Буква U говорит об отсутствии экрана. При этом первая часть маркировки содержит информацию об общем экране, а вторая — об индивидуальных. Таким образом, например, маркировка SF/FTP означает, что в данном кабеле каждая пара экранирована фольгой, а также имеется двойной внешний экран из фольги и оплетки. В свою очередь маркировка UTP свидетельствует об отсутствии какой-либо защиты от наводок помимо самого скручивания проводов в пары с переменным шагом.
Надо отметить, что различия между кабелями даже одной категории могут быть весьма значительными. Так самым «ходовым» является простой кабель, предназначенный для внутренних работ. Он обычно окрашен в серый цвет. Черный цвет свидетельствует о том, что кабель предназначен для внешних (уличных) работ и имеет дополнительную защиту в виде внешней оболочки из гидрофобного полиэтилена. Пустоты между витыми парами иногда заполняются гидрофобным гелем, а сам кабель может иметь внешнее бронирование из стальной проволоки или ленты. Наконец, если внешняя оболочка кабеля окрашена в оранжевый цвет, это говорит о его соответствии требованиям пожарной безопасности. Такой кабель выделяет при горении меньше дыма и отравляющих веществ, а кроме того, в случае пожара, не станет каналом дальнейшего распространения огня.
Многообразие номенклатуры кабелей с витыми парами объясняется широтой сфер применения. В связи с этим, конкретные модели могут включать в себя дополнительные функциональные элементы. Так уличные кабели, предназначенные для подвески на опорах, снабжены внешним стальным тросом, препятствующим деформации изделия под собственным весом. Силовые элементы, придающие кабелю большую прочность, могут размещаться и внутри, вблизи центральной оси. Для кабелей, предназначенных для внутренних работ, характерно наличие специального шнура из капронового волокна — рипкорда. Потянув за него, можно разрезать внешнюю оболочку кабеля, не повредив изоляцию витых пар. Некоторые модели с общим экраном помимо витых пар содержат в себе неизолированный дренажный провод, задачей которого является сохранение электрического контакта между частями экрана в случае его повреждения при слишком сильном сгибании. Этот список можно продолжать, но закончить стоит на том, что, какая бы задача не стояла перед проектировщиком СКС, всегда найдется именно та витая пара, которая подойдет наилучшим образом.
Как обжать витую пару: распиновка, схема
Содержание
Содержание
Подключение домашней электроники, обычно, сводится к одному — провод в розетку и поехали. Компьютерная техника достаточно «поумнела», чтобы не требовать от пользователя диплома физико-математика. Когда-то сложные, требующие спецподготовки действия, перестали пугать современного домашнего пользователя: не важно, переустановить операционную систему на рабочей машинке или настроить роутер для домашнего пользования. Вместе с электроникой поумнел и юзер — теперь можно открыть сайт, почитать инструкцию и повторить все на практике. Например, любители «балуются» настройкой домашних серверов, файлохранилищ или видеонаблюдения, где устройства соединяются с помощью витой пары. А поэтому в таких «развлечениях» приходится часто обжимать провода. Хотя на рынке есть готовые решения, они все приведены к стандарту и вряд ли пригодятся для уникальных задач конкретного пользователя, поэтому любому домашнему энтузиасту приходится делать витые пары своими руками. Тем более для этого есть все, что нужно: инструмент, запчасти и провода. Остается только найти инструкцию и смело приступать к экспериментам.
Витая пара — это несколько проводников, которые «завиты» в определенном порядке как между собой, так и вместе. Так как цифровая техника понимает только цифровой язык, по проводам приходится передавать огромное количество разнообразных сигналов: с разной длиной волны, разным напряжением и формой. Все это кодируется и декодируются специальными «приемниками» как с одной стороны, так и с другой. На качество и целостность битов в проводе могут влиять разные факторы. Например, любые источники магнитных волн и радиосигналов — как микроволновые печи или роутеры с частотой 5 ГГц.
Вообще, передача данных по сети подчиняется не только законам физики, а поэтому имеет много смежных характеристик. Например, на сигнал и его дальнобойность влияет материал, из которого изготовлены проводники в кабеле и то, каким образом они расположены внутри оболочки. Мы говорили об этом подробно в материале о том, как работает витая пара и как происходит передача данных.
Для чего нужна витая пара
Несмотря на то, что беспроводные технологии давно окутывают корпоративные сети, старая добрая проводка все еще остается актуальной, если нужно создать безопасную, быструю и стабильную сеть. И даже в домашних условиях иногда «полезно» подключаться по кабелю. Например, чтобы провести быстрый канал на несколько этажей в большом доме или просто подключить умный телевизор по проводу, когда просмотр любимых кинофильмов прерывается из-за слабого WiFi-приемника. А если захочется организовать видеонаблюдение в доме и за его пределами — без витой пары и PoE просто физически не обойтись.
Веди куда хочешь и сколько хочешь — главное, чтобы хватило портов на роутере. Единственное, что может помешать новичку — это отсутствие практических навыков. Ведь для сборки своего патч-корда необходимо хотя бы один раз увидеть, как обжимается провод и какие мелочи при этом нужно учитывать.
Что нужно для работы
Стоит сказать, что на рынке сетевых устройств можно найти готовые витые пары. Их называют патч-кордами — такие кабели обычно выпускаются по стандартным лекалам и не отличаются большим ассортиментом по размеру или качеству. Тем более, что их не везде можно применить — готовый кабель с коннектором на конце не провести под крышей или через тонкое отверстие без повреждения коннекторов. Более того, готовые провода не могут предложить пользователю тот же уровень качества и стабильности, как у кабеля собственного изготовления. Ведь «для себя» можно выбрать самые лучшие комплектующие. Для создания топовой витой пары понадобится:
Подготовка к обжиму
Перед обжимом нужно подготовить витую пару. Пусть это будет отрезок с небольшим запасом:
Обычного Cat. 5e кабеля с медными жилами и мягкой качественной оболочкой хватит для домашних задач с головой.
Даже опытный мастер может «запороть» процесс, поэтому коннектор — это расходный материал. Пусть и они тоже будут в запасе:
Простые коннекторы типа 5e — золотые и бутафорские.
Для реализма будем использовать самый простой кримпер из доступных на рынке:
Такого инструмента хватит для нужд домашнего мастера и даже специалиста.
Отвертка с плоским жалом:
Определяемся со способом обжима витой пары. Например, для соединения типа компьютер-компьютер раньше использовали перекрестное расположение пар в коннекторе. А для соединения компьютера с роутером — прямую распиновку. Сейчас вся техника автоматически перекидывает нужные пары местами и для стандартных задач можно всегда использовать прямой способ обжима:
Оба коннектора обжимаются идентично.
Подготовка провода и коннектора
Зачищаем провод примерно на полторы длины коннектора. Стараемся сделать максимально аккуратно, чтобы не повредить оболочку самих жил:
Каждая пара различается по цветам и скручена в определенном порядке. Необходимо раскрутить проводники, но так, чтобы скрытая часть провода под оболочкой оставалась в заводском скрученном виде. Это необходимо для сохранения помехоустойчивости на всех участках провода, вплоть до коннекторов. Не забываем распределить провода по цветам, как показано на схеме распиновки:
Примеряем провод к коннектору, чтобы определиться с нужной длиной проводников. Красными линиями на фото обозначены границы для оболочки и самих витых пар:
Чтобы удержать пучок в правильном порядке, можно прижать их пальцем возле края оболочки, а затем аккуратно перенести хлипкую конструкцию в коннектор. В нем есть специальные салазки для каждого провода — поэтому после того, как каждый проводник попадет на свою дорожку, просто вставляем кабель до упора. Не забываем отвести в сторону нейлоновую нить:
Обязательно следим, чтобы все пары достигли крайних точек в салазках и полностью накрылись ножами контактов:
Оболочка провода должна также достигнуть сужения в месте, где начинаются салазки, чтобы одноразовая защелка полностью накрыла своей плоскостью широкую часть провода:
Обжим
Убеждаемся в качестве подготовки конструкции и переносим ее в рабочий паз инструмента. В обжимной каретке присутствуют ограничитель и защита от неправильного положения коннектора — не спешим и делаем внимательно:
Когда коннектор окажется в правильном положении в инструменте, сжимаем ручки кримпера практически до упора, после чего будет слышен щелчок — сработает стопор оболочки в коннекторе:
Зубцы кримпера имеют одинаковый шаг и соответствуют контактам в коннекторе. При сжатии ручек они попадают в пазы с контактами и продавливают их через оболочку проводников:
Проверка качества
Вынимаем готовый провод и проверяем качество обжима. Во-первых, убеждаемся в том, что ножи полностью «врезались» в провода:
Во-вторых, проверяем качество фиксации оболочки провода в коннекторе:
Если один из контактов не достает до проводника, то можно сделать «контрольный» обжим в кримпере или использовать секретный инструмент.
Доработка
Бывает, что некоторые зубцы кримпера не достают до каждого контакта в одинаковой степени и оставляют часть пар без контакта. Для этого необходимо настроить обжимную каретку, которая подвижна и регулируется с помощью фиксирующих болтов. Однако, можно быстро исправить положение с помощью секретного инструмента — отвертки. Просто дожимаем нужный контакт плоскостью:
Нажимаем с силой, аккуратно, без ударов по отвертке, не расшатывая контакт, чтобы ножи прорезали оболочку проводника и соединились с медными проводниками. Впрочем, так можно обжать весь провод, если под рукой нет кримпера. Долго и неудобно, но осуществимо:
То же самое с защелкой для оболочки — давим до щелчка:
Проверяем работу
Для проверки можно использовать специальный тестер, который находит обрывы, короткое замыкание и проверяем распиновку обжима. Без спецтехники тоже можно обойтись — подключаем компьютер к роутеру с помощью нового кабеля и ждем подключения:
Затем проверяем качество интернета:
Тариф на месте, скорость соответствует заявленной — провод готов к труду и обороне.
Как выбрать витую пару
Что такое витая пара.
В этом гайде рассматриваются витопарные кабеля, предназначенные для передачи цифровой информации в сетях Ethernet. Существует множество кабелей иного назначения, содержащих витые пары – к ним информация из этого гайда может быть неприменима.
В данном гайде под витой парой подразумевается кабель связи, содержащий две или четыре пары изолированных проводников, скрученных между собой. Каждая пара предназначена для передачи одного сигнала: либо передаваемых данных, либо принимаемых.
При этом по одному из проводников пары сигнал передается в противофазе к другому – это позволяет избавиться от большинства электромагнитных помех: приемник, получив два сигнала по паре проводов, вычитает один сигнал из другого. При этом полезный сигнал (т.к. он идет в противофазе) усиливается, а помеха (идущая по обеим проводам в одной фазе) устраняется. Каждая пара проводов маркирована одним цветом, при этом один из проводов пары маркируется сплошным цветом, а второй – тем же цветом, но прерывисто или полосой.
С той же целью (защиты от помех) производится и скручивание пар – это обеспечивает одинаковое воздействие помехи на оба провода независимо от направления на её источник.
Применяется витая пара для прокладки аналоговых или цифровых телефонных сетей и для прокладки локальных вычислительных сетей, использующих, в основном, протокол Ethernet.
Характеристики витой пары.
Категория.
Как правило, категория кабеля обозначена в маркировке, нанесенной на оболочку кабеля через равные промежутки.
Категории 1, 2, 4 в данный момент практически не встречаются, 4-х парный кабель категории 3 изредка используется для прокладки телефонных линий. Категория 5 от 5е отличается крайне незначительно, поэтому найти в продаже кабель именно категории 5 практически невозможно. С 2000 года, после утверждения категории 5е, все производители, практически ничего не меняя в кабеле, начали наносить на него маркировку именно 5е. Эта категория и остается наиболее популярной по сегодняшний день.
Категория 5е подразумевает 4-х или 2-х парный кабель, который может быть использован в сетях 10BASE-T Ethernet, 100BASE-TХ Fast Ethernet (10 и 100 Мбит/с соответственно). 4-х парный кабель может применяться для прокладки сетей 1000BASE-T Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с). Максимальная длина кабеля без усилителей сигнала составляет 100м.
Кабель категории 6 содержит 4 пары проводников и может использоваться в сетях 10GBASE-T 10 Gigabit Ethernet (10 Гбит/с). При использовании в сетях со скоростью до 1000 Мбит/с максимальная длина кабеля этой категории – те же 100 м, при использовании в сетях со скоростью 10 Гбит/с – 55 м.
Категории 6а, 7 и 7а подразумевают экранированные кабеля для сетей со скоростью до 10 Гбит/с и протяженностью отдельной линии до 100 м. Использование экранированных кабелей накладывает определенные требования как к оборудованию, так и к условиям прокладки кабеля (наличие качественного заземления), что часто делает более привлекательным прокладку оптоволоконного кабеля. Удешевление же оптоволоконного оборудования и упрощение технологий прокладки оптоволоконного кабеля могут в скором будущем сделать вообще бессмысленным дальнейшее развитие витопарных кабелей.
При выборе категории кабеля следует иметь в виду, что она говорит только о качестве изготовления кабеля. Часто встречающееся в сети утверждение, что «кабель категории 5е работает на частоте 125 мГц, а категории 6 – на частоте 250 мГц» некорректно. Кабель работает на той частоте, на которой работает сетевое оборудование. Замена в сети 100BASE-TX кабеля категории 5е на кабель категории 6 не позволит перейти на 1 Гбит/с без замены сетевого оборудования (роутеров, свитчей, сетевых карт). Более того, если старый кабель 5е был качественным, замена его на Cat 6 нисколько не улучшит ни качество связи, ни её скорость.
И наоборот, на небольших расстояниях (до 10 м) в сетях 10GBASE-T можно использовать качественный 4-х парный кабель категории 5e – на качество и скорость связи это не повлияет.
Число пар.
Большинство кабелей содержит 4 пары проводов. Но в сетях 10BASE-T и 100BASE-TХ используется только 2 пары, поэтому большое распространение получил кабель категории 5е с двумя парами проводников – он легче, тоньше и дешевле 4-х парного. Но для сети со скоростью 10 Гбит/с он уже не годится.
4-х парные кабеля категории 5е иногда применяются для скрытой прокладки. При этом «лишние» две пары остаются в резерве и могут быть использованы в случае повреждения основных пар. Кроме того, существует сетевое оборудование, использующее «свободные» пары, например, для передачи аудиосигнала или служебной информации – в таких сетях тоже может быть использован 4-х парный кабель категории 5е.
Для частных ЛВС в квартире или частном доме можно порекомендовать скрытую прокладку провести 4-х парным кабелем категории 6, даже если предполагается устройство сети со скоростью 100 Мбит/с (вполне достаточной сегодня для большинства личных нужд). Это даст резерв для перехода на более быстрые сети без перепрокладки кабеля. А открытые участки и патч-корды можно сделать из кабеля, который наиболее оптимальным образом подходит для текущей сети. Для сетей со скоростью до 100 Мбит/с это будет 2-х парный кабель категории 5е, для скорости 1 Гбит/с – 4-парный 5е.
Тип витой пары чаще всего говорит о наличии/отсутствии экранирования и виде экрана.
Самым распространенным типом является UTP(Unshielded Twisted Pair – «неэкранированная витая пара»). Как следует из маркировки, экранирование на этом кабеле отсутствует. Часто можно услышать мнение, что кабель UTP не защищен от помех. Это не так. В кабелях UTP используется балансная защита от помех, достаточно эффективная в большинстве случаев.
FTP(Foiled Twisted Pair – «фольгированная витая пара») имеет общий экран из фольги, защищающий провода от мощных электромагнитных помех.
SFTP(Screened Foiled Twisted Pair – «экранированная фольгированная витая пара») поверх экрана из фольги имеет также сетчатый проволочный экран. Сетчатый экран усиливает экранирование кабеля и защищает тонкую фольгу внутреннего экрана от повреждений.
В то же время, простая прокладка кабеля FTP или SFTР вместо неэкранированного не решит проблемы с действительно серьезными помехами – для эффективной работы кабеля, оба его конца должны быть заземлены, как и использующееся сетевое оборудование. Кроме того, заземление должно быть качественным, что, например, в условиях многоквартирного дома может быть неосуществимо. Длинный тонкий провод заземления может сам работать как антенна, ловя дополнительные помехи. А если заземляющая шина (или провод PE в розетках) к земле фактически не подсоединен (что порой встречается), то заземленный на эту шину экран образует вместе с ней замкнутый контур, обеспечивающий прекрасный прием всех помех в округе.
Во-вторых, экран образует приличного номинала емкость, приложенную к рабочим проводам и глушащую (демпфирующую) сигнал – затухание амплитуды сигнала на экранированных проводах выражено сильнее.
В-третьих, разделка и обжимка экранированных проводов сложнее, чем для обычного неэкранированного кабеля. Нарушение же контакта между экраном и щечками разъема для экранированного кабеля нарушит заземление экрана и превратит его в антенну для ловли помех.
В-четвертых, повреждение экрана, приводящее к разрыву контакта (особенно легко возникающее на фольгированном кабеле при чрезмерном изгибе) также сведет на ноль защиту кабеля.
С учетом вышеизложенного, в условиях жилого помещения использование экранированных кабелей представляется неоправданным.
В качестве материала проводника используется либо медь, либо омедненный алюминий, изредка омедненная сталь. Омедненный алюминий обеспечивает худшие условия передачи сигнала, чем чистая медь, зато он намного дешевле. В то же время при выборе кабеля следует рассматривать информацию о материале жил, как дополнительную к его категории. Материал жил может иметь решающее значение, например, при длине линии, немного превышающей стандарт. В этом случае использование кабелей с медными жилами с большей вероятностью позволит установить связь. В нормальных же условиях эксплуатации все кабеля одной категории должны обеспечивать одинаковые условия связи независимо от материала жил.
Проводники в кабеле могут быть многожильные и одножильные. На качество связи это особого влияния не оказывает, выбирать жильность проводников следует из условий прокладки кабеля и его эксплуатации. Многожильные проводники более устойчивы к частыми изгибам, поэтому из таких кабелей можно делать патч-корды для ноутбуков или использовать их в линиях, которые периодически приходится перемещать с места на место.
Обычный кабель витой пары имеет ПВХ-оболочку (обычно серого, иногда синего или белого цвета), разрушающуюся под действием УФ-излучения и «дубеющую» на морозе. Поэтому для прокладки вне помещения следует использовать кабель со специальной полиэтиленовой оболочкой. Чаще всего она имеет черный цвет. Если предполагается часть линии прокладывать по воздуху, в кабеле должен быть несущий трос.
Варианты выбора.
Для прокладки домовой или квартирной сети скоростью до 100 Мбит/с по минимальной цене можно использовать 2-х парный неэкранированный кабель категории 5е. Он стоит от 500 до 1200 рублей за 100м.
Для прокладки домовой или квартирной высокоскоростной сети (или сети с запасом для развития) следует использовать кабель категории 6. Такой стоит от 1300 до 3300 рублей за 100 м.
Если требуется кабель для прокладки линии связи в условиях сильных помех от производственного оборудования, обратите внимание на экранированные кабеля и озаботьтесь наличием качественного заземления в местах прокладки кабеля и установки сетевого оборудования. Экранированный кабель будет стоить от 1300 до 3500 рублей за 100 м.
Для прокладки линии связи ЛВС на открытом воздухе потребуется соответствующий кабель по цене 1500-3500 рублей за 100 м.
Если же кабель еще предполагается натягивать между опорами, то следует обратить внимание на наличие несущего троса. Стоит такой будет 2800-3500 рублей за 100 м.