{Домашнее задание: Построить элементарную сеть с двумя компьютерами } 

Витая пара — представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой.

Витая пара — один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве физической среды передачи сигнала во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости монтажа, является самым распространённым решением для построения проводных (кабельных) локальных сетей. Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи разъёма 8P8C (который называют RJ45)

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 внешниx 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. Алюминиевая фольга или алюминизированная плёнка защищает медные проводники от кислорода воздуха. Кабели, защищённые фольгой, обозначают термином «foiled» — «фольгированные».

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

По числу проволок (числу жил) провода разделяют на:

  • одножильные, однопроволочные — провода, состоящие из одной медной проволоки (одной жилы);
  • многожильные, многопроволочные — провода, состоящие из нескольких жил, многопроволочный кабель используют в основном для изготовления патчкордов (англ. patchcord), соединяющих периферию с розетками.

Экранирование

Согласно международному стандарту ISO/IEC 11801 приложение E, для обозначения конструкции экранированного кабеля используется комбинация из трех букв: U — неэкранированный, S — металлическая оплётка (только общий экран), F — металлизированная лента (алюминиевая фольга). Из этих букв формируется аббревиатура вида xx/xTP, обозначающая тип общего экрана и тип экрана для отдельных пар.

Кабель F/UTP

Кабель S/FTP

Распространены следующие типы конструкции экрана:

Неэкранированный кабель (U/UTP)
Экранирование отсутствует. Категория 6 и ниже.
Индивидуальный экран (U/FTP)
Экранирование фольгой каждых отдельных пар. Защищает от внешних помех и от перекрёстных помех между витыми парами.
Общий экран (F/UTP, S/UTP, SF/UTP)
Общий экран из фольги, оплётки, или фольги с оплёткой. Защищает от внешних электромагнитных помех.
Индивидуальный и общий экран (F/FTP, S/FTP, SF/FTP)
Индивидуальные экраны из фольги для каждой витой пары, плюс общий экран из фольги, оплётки, или фольги с оплёткой. Защищает от внешних помех и от перекрёстных помех между витыми парами.

Обозначения для распространенных типов кабелей из витых пар

Общепринятое название Обозначение по ISO/IEC 11801 Общий экран Экран для пар
UTP U/UTP нет нет
STP, ScTP, PiMF U/FTP нет фольга
FTP, STP, ScTP F/UTP фольга нет
STP, ScTP S/UTP оплётка нет
SFTP, S-FTP, STP SF/UTP оплётка, фольга нет
FFTP F/FTP фольга фольга
SSTP, SFTP, STP PiMF S/FTP оплётка фольга
SSTP, SFTP SF/FTP оплётка, фольга фольга

Буквенный код перед обратной чертой обозначает тип общего экрана для всего кабеля, код после черты обозначает тип индивидуального экранирования для каждой витой пары:

U = unshielded, без экрана
F = foil, фольга
S = braided screening, оплётка из проволоки (только внешний экран)
TP = twisted pair, витая пара
TQ = индивидуальный экран для двух витых пар (на 4 провода)

Конструкция витопарного кабеля

Витопарный 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 проводников (биметала — композиционный материал, состоящий из двух или более различных слоёв металлов или их сплавов.)

Материал изоляции — обычно поливинилхлорид, для более качественных образцов 5‑й категории — полипропилен (англ. PP), полиэтилен (англ. PE). Особенно высококачественные кабели имеют изоляцию из вспененного (ячеистого) полиэтилена, который обеспечивает низкие диэлектрические потери.

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 как англ. LSZH — low smoke zero halogen, 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.

Категории кабеля

Существует несколько категорий кабеля «витая пара», которые нумеруются от 1 до 7 и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины. Категории неэкранированной витой пары описываются в стандарте EIA/TIA 568 (Американский стандарт проводки в коммерческих зданиях) и в международном стандарте ISO 11801, а также приняты ГОСТ Р 53246-2008 и ГОСТ Р 53245-2008.

Категория Полоса частот, МГц Применение Примечания
1 0,1
(0,4?)
Телефонные и старые модемные линии 1 пара, не описано в рекомендациях EIA/TIA для передачи данных (в России применяется кабель и вообще без скруток — «лапша» — у неё характеристики не хуже, но больше влияние помех). В США использовался ранее, только в «скрученном» виде. Используется только для передачи голоса или данных при помощи модема (не подходит для современных систем)
2 1
(4?)
Старые терминалы (такие как IBM 3270) 2 пары проводников, старый тип кабеля, не описано в рекомендациях EIA/TIA для передачи данных, поддерживал передачу данных на скоростях до 4 Мбит/с, использовался в сетях Token ring и Arcnet (не подходит для современных систем). Сейчас иногда встречается в телефонных сетях.
3 16 10BASE-T, 100BASE-T4 Ethernet 4-парный кабель, используется при построении телефонных и локальных сетей 10BASE-T и token ring, поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с или 100 Мбит/с по технологии 100BASE-T4 на расстоянии не дальше 100 метров. В отличие от предыдущих двух, отвечает требованиям стандарта IEEE 802.3. Сейчас используется в основном для телефонных линий.
4 20 token ring, сейчас не используется кабель состоит из 4‑х скрученных пар, использовался в сетях token ring, 10BASE-T, 100BASE-T4, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с по одной паре.
5 100 Fast Ethernet (100BASE-TX), Gigabit Ethernet (1000BASE-T) 4-парный кабель, используется при построении локальных сетей 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T и для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4 пар.
5e 100 Fast Ethernet (100BASE-TX), Gigabit Ethernet (1000BASE-T) 4-парный кабель, усовершенствованная категория 5 (уточненные/улучшенные спецификации). Скорость передач данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4 пар. Кабель категории 5e является самым распространённым и используется для построения компьютерных сетей. Иногда встречается двухпарный кабель категории 5e. Преимущества данного кабеля в более низкой себестоимости и меньшей толщине.
6 250 10 Gigabit Ethernet (10GBASE-T) неэкранированный кабель (UTP) состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с на расстояние до 55 м. Добавлен в стандарт в июне 2002 года.
6A 500 10 Gigabit Ethernet (10GBASE-T) состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с на расстояние до 100 метров. Добавлен в стандарт в феврале 2008 года, ISO/IEC 11801:2002 поправка 2. Кабель этой категории имеет либо общий экран (F/UTP), либо экраны вокруг каждой пары (U/FTP).
7 600 10 Gigabit Ethernet (10GBASE-T) спецификация на данный тип кабеля утверждена только международным стандартом ISO 11801, но не ANSI/TIA-568-C. Скорость передачи данных до 10 Гбит/с. Кабель этой категории имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары (F/FTP или S/FTP).
7A 1000 10 Gigabit Ethernet (10GBASE-T) Международный стандарт ISO 11801, скорость передачи данных до 10 Гбит/с. Общий экран и экраны вокруг каждой пары (F/FTP или S/FTP).

 

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 может быть не только некачественный кабель, но также наличие «скруток» в кабеле и использование розеток более низкой категории, чем кабель.

Схемы обжима

Существует два варианта обжима разъёма на кабеле:

Прямой —  для соединения порта сетевой карты с коммутатором или концентратором, соединение устройств которые работают на разных моделях OSI.

Перекрестный —  для соединения напрямую двух сетевых плат, установленных в компьютеры, а также для соединения некоторых старых моделей концентраторов или коммутаторов (uplink-порт), соединение устройств которые работают на одинаковых моделях OSI.

Обжимается разъём 8P8C (зачастую именуемый RJ45).

Прямой кабель (straight through cable)

Вариант по стандарту TIA/EIA-568A

RJ-45 TIA-568A Left.png
RJ-45 TIA-568A Right.png

Вариант по стандарту TIA/EIA-568B (используется чаще)

RJ-45 TIA-568B Left.png
RJ-45 TIA-568B Right.png

В случае, если нужен кабель MDI с внешним кроссированием, так называемый «прямой» кабель для подключения компьютер на хаб/свитч используются следующие схемы:


При соединении EIA/TIA-568B, 1: Бело-оранжевый 2: Оранжевый 3: Бело-зелёный 4: Синий 5: Бело-синий 6: Зелёный 7: Бело-коричневый 8: Коричневый


При соединении EIA/TIA-568A 1: Бело-зеленый 2: Зелёный 3: Бело-оранжевый 4: Синий 5: Бело-синий 6: Оранжевый 7: Бело-коричневый 8: Коричневый


По одной из этих схем обжимаются разъёмы с обеих сторон.

Перекрёстный кабель (crossover cable)

Предназначен для соединения однотипного оборудования (например, компьютер-компьютер). Однако большинство современных сетевых устройств способно автоматически определить метод обжима кабеля и подстроиться под него (Auto MDI/MDI-X), и перекрёстный кабель сегодня потерял свою актуальность.
Вариант для скорости 100 Мбит/с

RJ-45 TIA-568B Left.png
RJ-45 TIA-568A Right.png

Если нужен кабель MDI-X с внутренним кроссированием («crossover» кабель) для соединения, например, «компьютер-компьютер» (со скоростью до 100 Мбит/с), то с одной стороны кабеля применяется схема EIA/TIA-568B, с другой EIA/TIA-568А

Вариант для скорости 1000 Мбит/с

RJ-45 TIA-568B Left.png
RJ-45 Right.png

Консольный кабель (rollover cable)

Один конец этого кабеля обжат по обратной схеме относительно другого, как если бы вы перевернули его и посмотрели бы на него с другой стороны. Используется для настройки маршрутизатора или коммутатора с помощью компьютера. Применяется в основном в оборудовании Cisco. Как правило голубого цвета.

Схема обжима

RJ-45 Rollover Left.png
RJ-45 Rollover Right.png

 

 

Общие положения

Пара 1-2 (TDP-TDN) используется для передачи от порта MDI к порту MDI-X, пара 3-6 (RDP-RDN) используется для приёма портом MDI от порта MDI-X. Эти пары требуются всегда. Пары 4-5 и 7-8 применяются в зависимости от потребности (например, при использовании кабеля категории 3 в спецификации 100Base-T4) и обычно двунаправленные.

Обозначение Описание
1 TX+ (TXP) Прямой сигнал передачи
2 TX- (TXN) Инверсный сигнал передачи
3 RX+ (RXP) Прямой сигнал приема
4
5
6 RX- (RXN) Инверсный сигнал приема
7
8

Использование кабеля, обжатого не по стандарту, может привести (в зависимости от длины кабеля) к тому, что кабель не будет работать совсем или будет очень большой процент потерь передаваемых пакетов.

Для проверки правильности обжатия кабеля, помимо визуального контроля, используют специальные устройства — кабельные тестеры. Такое устройство состоит из передатчика и приёмника. Передатчик поочерёдно подаёт сигнал на каждую из восьми жил кабеля, дублируя эту передачу зажиганием одного из восьми светодиодов, а на приёмнике, подсоединённому к другому концу линии, соответственно загорается один из восьми светодиодов. Если на передаче и на приёме светодиоды загораются подряд, значит, кабель обжат без ошибки. Более дорогие модели кабельных тестеров могут иметь встроенное переговорное устройство, индикатор обрыва с указанием расстояния до обрыва и пр.

Указанная выше схема обжима подходит как для 100-мегабитного соединения, так и для гигабитного. При использовании 100-мегабитного соединения используются только две из четырёх пар, а именно оранжевая (1-2 TDP-TDN) и зелёная (3-6 RDP-RDN) пары. Синяя и коричневая пары могут остаться незадействованными, либо могут быть использованы для передачи питания в некоторых вариантах PoE. Для обеспечения гигабитного соединения используются все четыре пары проводников стандартного кабеля.