LAN-кабели

Витая пара (Lan-кабель) представляет собой вид кабеля связи. Это одна либо несколько пар изолированных проводов, которые скручены между собой (на единицу длины они имеют незначительное количество витков) и покрыты оболочкой из пластика. Свивание проводников проводится для того, чтобы повысить степень связи между проводами одной пары (на оба провода одной пары электромагнитные помехи оказывают одинаковое влияние) и в дальнейшем уменьшить электромагнитные помехи от внешних источников, а также взаимные наводки при передаче дифференциального сигнала. Чтобы снизить связи отдельных пар кабеля, а именно периодического сближения проводов разных пар в UTP кабелях, относящихся к категории 5 и более, провода пары свивают с разным шагом.

Витая пара является одним из компонентов новейших СКС (структурированных кабельных систем). Используется она в компьютерных сетях и телекоммуникациях как физическая среда передачи сигнала во множестве технологий, например, Arcnet, Ethernet, USB и Token ring. Сегодня, благодаря лёгкости монтажа и относительной дешевизне, она является наиболее распространённым решением для проведения кабельных (проводных) локальных сетей.

Подключение Lan-кабеля к сетевым устройствам осуществляется с помощью разъёма 8P8C (его часто ошибочно называют RJ45).

Lan-кабель: виды

По конструкции кабели витой пары бывают с экраном и без него. Для офисной либо домашней сети, где расстояния небольшие и нет электромагнитных помех, больше подходит кабель, не имеющий защитного экрана. Для значительных расстояний и в местах, где есть электромагнитные наводки, следует применять кабель, у которого есть защитный экран.

Экранирование позволяет обеспечить гораздо лучшую защиту от внешних и внутренних электромагнитных наводок. По всей своей длине экран соединяется с дренажным неизолированным проводом, объединяющим экран при его разделении на отдельные секции в случае излишнего изгиба или растяжения кабеля. В локальных сетях, которые работают на скоростях 100 либо 1000 Мбит/с, используются, как правило, неэкранированные кабели. Отметим, что для скоростных сетей (10, 40 и 100 Гбит/с) стандартами определено использование исключительно экранированных кабелей.

Кабели витой пары: виды

• U/UTP либо UTP (Unshielded twisted pair) – это неэкранированная витая пара, у кабеля нет защитного экрана;
• F/UTP либо FTP (Foiled twisted pair) – это фольгированная витая пара, у кабеля имеется один общий внешний защитный слой, выполненный из фольги;
• STP (Shielded twisted pair) – это экранированная витая пара, у кабеля есть экран для каждой пары, а также внешняя защита наподобие сетки;
• S/FTP либо SSTP (Screened Foiled twisted pair) – это экранированная фольгированная витая пара, у этого кабеля имеется фольгированная защита каждой пары и внешний экран;
• U/STP (Unshielded Screened twisted pair) – это незащищенный кабель, у которого витая пара экранирована, у кабеля нет общего экрана, однако у каждой пары есть фольгированная защита;
• SF/UTP либо SFTP (Screened Foiled Unshielded twisted pair) – это экранированная витая пара, имеющая защиту, у нее есть 2 внешних экрана. Один изготовлен из медной сетки, второй выполнен из экран-фольги. Между этими экранами дренажный провод.

Главным различием является вид и наличие экрана. В витой паре экран выступает как защита сигнала от разного рода внешних помех. К примеру, когда невозможна прокладка витой пары отдельно от кабелей. Помимо этого, каждый из производителей может добавлять другие обозначения в зависимости от того, какова конструкция кабеля, к примеру:

• AWG (American Wire Gauge). Это калибр проводов – принятая в США система маркировки толщины проводов. Провода имеют определенное сечение, однако обычно на кабеле указывается значение AWG, а не сечение проводника;
• моножила (solid), которую еще называют многопроволочной жилой (patch). Наиболее распространена моножила, поскольку она более дешевая. Многопроволочную жилу используют в тех местах прокладки, где присутствуют частые изгибы кабеля, и для производства патч-кордов – кусков кабеля определенной длины, у которых на концах имеются коннекторы, чтобы соединять два цифровых устройства;
• диаметр жилы (0,4-0,64 мм). В соответствии со стандартом, в 5 и 6 категориях используют жилы, диаметр которых составляет не меньше 0,51 мм (24AWG – по маркировке, принятой в США). Несертифицированные кабели могут иметь жилы, диаметр которых составляет 0,4- 0,5 мм, что вполне достаточно для того, чтобы подключить домашний интернет;
• количество пар, которое может доходить до 1 тысячи. Для компьютерных систем используют 4-парный кабель (имеет обозначение 4х2х0,51). Все пары бывают задействованы лишь при создании сетей, скорость в которых составляет до 1 Гбит/с. Однако в большинстве случаев (подключение домашнего интернета, сети небольших офисов, а также другие сети, скорость в которых составляет не более 100 Мбит/с) используют лишь две пары. Для подобных сетей и для устройства домофонов и сигнализации выпускают 2-парную витую пару: маркируется она 2х2х0,51;
• оболочка. Здесь все как у кабелей других типов: внешняя оболочка определяется условиями прокладки, а также эксплуатации кабеля.

Оболочка Lan-кабелей: виды

• PVC – ПВХ-пластик. Она предназначена для внутреннего применения;
• PE – полиэтилен. Она предназначена для внешней прокладки;
• PP – полипропилен. Она предназначена для внешней прокладки, как правило, в условиях высоких температур, достигающих +140 градусов;
• FR – огнестойкий. Кабель с такой оболочкой может использоваться в открытом пламени определенное время: на сегодняшний день стандартизированными являются огнестойкие оболочки, выдерживающие 30, 90, а также 180 минут;
• LS – Low Smoke. У такой оболочки при горении пониженное дымовыделение;
• ZH – Zero Halogen. Она изготовлена из материалов, не выделяющих при горении галогеновые отравляющие газы;
• B – бронь. Зачастую для брони используют стальную ленту, обвивающуюся вдоль кабеля;
• С – трос. Он нужен, чтобы натягивать кабель между строениями.

Таким образом, маркировку U/UTP 4 cat.5e solid 24AWG LSZH можно расшифровать так: кабель неэкранированный, имеет 4 пары, каждая по 2 жилы, 5 категория, solid – однопроволочная жила, 24 AWG – диаметр составляет 0,51 мм, LSZH – кабель безгалогенный, имеющий низкое дымовыделение.

Материалы для изготовления проводников

Материалами для изготовления проводников в парах служит алюминий, медь и биметаллы (омедненный алюминий). Сначала проводники изготавливались только из меди. Но медь имеет недостаток – высокую цену, поэтому появилась алюминиевая витая пара, а позже биметаллическая, цена которой ниже медной. Однако насколько выгодна такая экономия в перспективе? Для получения сертифицированной высококачественной и долгосрочно работающей сети нужно использовать медные проводники.

• Проводник из алюминия (Al). Алюминий значительно легче меди (приблизительно в 3 раза). Но основное его преимущество – он значительно дешевле, чем медь. На этом плюсы закончились. Его электропроводность в 1.7 раза меньше, чем у меди, это означает, что его сопротивление более высокое, а это существенные потери сигнала в случае большой длины кабеля. Алюминий является аморфным материалом, поэтому с течением времени он как бы «вытекает» из контакта, а сигнал пропадает. Кроме того, при контакте с воздухом, этот металл окисляется, а поверхность витой пары постепенно теряет проводимость. Алюминий не такой эластичный как медь, проводники витой пары скручиваются друг с другом, кроме того, такой кабель обычно не лежит по прямой;
• Омеднённый алюминий (CCA). Пытаясь устранить минусы проводника из алюминия, а именно окисление, создали омеднённый алюминиевый проводник. По сути, это алюминиевый проводник, который заключен в оболочку из меди. В цене он выигрывает у медного проводника, однако по причине сложности его изготовления разница не столь значительная (около 15 процентов). Также намного возросла проводимость, однако по-прежнему она ниже, чем у меди. На медной поверхности не образуется поверхностная плёнка окисла, поэтому качество соединения не снижается. И еще одно преимущество – это вес, ведь большая часть проводника состоит из алюминия, поэтому кабель из омеднённого алюминия намного легче медного. К недостаткам можно отнести то, что при его использовании не получится применять технологию PoE (Power over Ethernet), обеспечивающую питание устройств с помощью тех же кабелей, так как сопротивление алюминия намного выше, чем сопротивление меди, а постоянный ток течет по всему сечению провода, основная часть которого – это алюминий. А еще довольно трудно найти кабель высокого качества, так как значительная часть того, что предлагает рынок, при проведении тестирования дает большой разброс параметров и обычно не отвечает заявленной категории. Во многих случаях при использовании такого кабеля провести настройку работоспособной сети не удается на небольшой протяженности (до 70 метров);
• Медь (Cu). Использование медных проводников дает возможность избежать многих проблем, существенно увеличить срок эксплуатации сетей и снизить расходы на обслуживание. Однако надо учесть то, что стоимость сети, которая построена при помощи медной витой пары, окажется выше стоимости сетей, проложенных из омеднённой витой пары.

Есть два типа исполнения проводников: цельные (состоящие из одного провода) – Solid, а также скрученные (состоящие из множества тонких проводов, которые тесно прилегают друг к другу) – Stranded. В цельном проводнике внутренний проводник представляет собой единый кусок меди. Скрученный проводник включает несколько тонких медных проводников, которые скручены вместе. Для каждого типа проводников есть различные приложения, однако большинству читателей достаточно знать лишь о двух.

Скрученные кабели (Stranded, вверху на картинке) более гибкие, их надо применять там, где кабель часто двигается, к примеру, поблизости от рабочих мест. Что касается цельного кабеля (Solid, так же сверху на картинке), то он не такой гибкий, но более долговечный, может использоваться для постоянных сетей внутри помещения и на улице.

Сечение каждой из жил витой пары маркируют по стандарту American Wire Gauge (AWG). Самые распространенные – это проводники, маркируемые по стандарту 26 AWG (сечением 0,13 мм²), 24 AWG (сечением от 0,2 до 0,28 мм²), а также 22 AWG (сечением от 0,33 до 0,44 мм²). Сечение проводника – это сечение проводящего материала, не считая толщины его изоляции.

Стоит учитывать следующее: чем меньше значение AWG, тем проводники толще и тем лучше характеристики кабеля «витая пара», поскольку сечение больше, а сопротивление меньше. То есть, кабели «витая пара», имеющие проводники 22 AWG, лучше витопарного кабеля 24 AWG. Однако цена такого кабеля будет выше, поскольку в нем больше меди.

У кабелей категории 5е проводники имеют калибр 24 AWG, а у проводников более качественных кабелей категорий cat.6а, cat.7 и cat.7а калибр 23 AWG, причем некоторые производители применяют проводники витой пары с калибром 22 AWG.

Витая пара: таблица категорий

У кабеля витая пара есть несколько категорий. Нумеруются они от Cat.1 до Cat.7. Сategory, сокращенно «cat», «сat» надо писать с точкой: «сat.», так что категория и кошка – это различные вещи :). Категория определяет эффективный пропускаемый диапазон частот. У кабеля, относящегося к более высокой категории, как правило, больше пар проводов, причем у каждой пары на единицу длины приходится больше витков. У неэкранированной витой пары описание категорий проводится в стандарте EIA/TIA 568 (это американский стандарт проводов в коммерческих зданиях), а также в стандарте ISO 11801. Кроме того, приняты ГОСТ № Р 53245-2008 и ГОСТ № Р 53246-2008 (это переводы руководств производителя).

Частоты, МГц

Витая пара: схема обжима

Сетевой коннектор называют RJ-45, однако его правильное название – 8P8C. А RJ (Registered Jack) – название стандарта, который описывает конструкцию розетки и разъемного соединения вилки. Схемы обжима кабеля «витая пара» для разъемов RJ-45 различны. Различаются они в зависимости от того, каково назначение соединительной линии, технологии, а также стандарта передачи информации. Может потребоваться обратная (перекрестная, кросс-линковая) или прямая обжимка патчкорда. В ЛВС (локальных вычислительных сетях) Ethernet, которые используют витую пару, или UTP, схемы 568В и 568А являются самыми популярными по телекоммуникационным стандартам кабельных систем в коммерческих зданиях.

Ставшие стандартом схемы разработаны так, чтобы минимизировать взаимные наводки в парах. Именно поэтому при проведении конфигурирования сетей с высокой нагрузкой следует использовать эти схемы.

Монтаж

Если витая пара имеет резкие изгибы, то происходит нарушение однородности симметричной среды передачи, порой необратимое. При монтаже неэкранированного кабеля установленный минимальный радиус изгиба составляет 8 диаметров кабеля (внешних), а у экранированного – 10.

В процессе монтажа экранированной витой пары надо отслеживать целостность экрана, причем по всей длине кабеля. Изгиб либо растяжение кабеля часто разрушает экран, что приводит к снижению его устойчивости к помехам. Дренажный провод должен соединяться с экраном разъёма.