Кабель «витая пара» — виды, категории. Обзор.

При построении локальных сетей различного уровня и масштаба основным соединительным интерфейсом является кабель типа «витая пара». На сегодня это самый распространённый вид связи между отдельными компьютерами и другими устройствами, предназначенными для передачи цифровых данных. В частности, его используют и провайдеры интернет-сервисов, доставляя конечным потребителям сетевой трафик.

 

Что собой представляет кабель «витая пара»

Переплетение проводов попарно – изобретение, которому более 150 лет. Первоначально такой способ организации связи использовали для телеграфной связи, затем на длительное время витая пара стала стандартом для аналоговой телефонии. Скручивание жил оказалось эффективной мерой противодействия внешним электромагнитным помехам, одновременно защищая от внутренних наводок. В настоящее время термин «витая пара» применяется преимущественно в отношении компьютерных сетей, трансформировавшись из двухпарного в четырёхпарный.

 

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.

 

Разновидности кабелей

Выпускаются витые пары различных конструкций, некоторые из них имеют экран. Для домашних и офисных сетей, покрывающих незначительные площади, без помех от разных источников, допускается использование кабелей без экранирования. При значительных расстояниях и на участках, куда достигают электромагнитные наводки, рекомендуется прокладка кабелей, оснащенных экраном. Защитный экран исключает электромагнитные помехи любого происхождения.

Он на протяжении всей длины присоединен к проводу, выполняющему роль дренажа без изоляции. Дренажный кабель объединяет экран, если произошло его отсоединение при перекручивании или растяжке кабеля. В сетях ЛВС, LAN, функционирующих на скорости 100 или 1000 Мбит/сек. чаще используются кабели без экранирования. Но, специалисты напоминают, что согласно утвержденных стандартов установка высокоскоростной сети  10 Гбит/с и выше подразумевает использование кабелей, имеющих защитные экраны. Подробнее о них можно прочитать в этой статье.

• UTP или U/UTP (витая пара, у которой защитный экран отсутствует;
• FTP или F/UTP – у кабеля имеется защита в виде одного внешнего фольгированного слоя;
• STP – каждая пара проводников оснащена экраном и внешняя сторона кабеля покрыта защитным материалом, напоминающим сетку;
• SSTP или S/FTP – каждая из пар проводников покрыта слоем материала — фольги, внешне кабель защищен экраном;
• U/STP – у кабеля нет общего экрана, но каждая пара покрыта защитным слоем фольги;
• SFTP или SF/UTP – каждая отдельная пара снабжена индивидуальной защитой, кабель оснащен двумя внешними экранами – фольгированным и сеткой из меди. Между ними проложен проводник-дренаж.

 

Присутствие и разновидность экрана является основным отличием у витых пар. Он не допускает вмешательство помех извне, например, если невозможен монтаж пары отдельно от силовых кабелей. Производители могут включать дополнительные значения в маркировку, исходя из структурного состава кабеля, например:

• AWG (калибр) – толщина провода согласно американской системы маркировки.
• Моножила – кабель широко распространен благодаря невысокой стоимости. Ее используют для укрепления участков прокладки, которые чаще изгибаются и для создания патчкорда – части кабеля определенного размера, имеющего на концах коннекторы, соединяющие два прибора.
• Диаметр – минимальный — 0,4, максимальный — 0,64 мм. По стандартным требованиям для изготовления кабелей 5 и 6 категории применяют жилы, диметр которых не меньше 0,51 мм или 24AWG.
• Количество пар – может достигать тысячи.  Для компьютерных систем достаточно 4-х парного кабеля. Причем, функционирование всех пар происходит только в том случае, если скорость передачи данных не выше 1 Гбит/с. При скорости до 100 Мбит/с можно прокладывать 2-х парный кабель.
• Качество внешних оболочек – как и в случае с остальными кабелями, у витых пар она связана с условиями электромонтажа, реализацией, поддержкой и восстановлением качества технической системы.

 

Разновидности оболочек:

РVС — из пластиката поливинилхлорида. Предназначен для внутреннего использования.
РР – из термопластичного полимера пропена.  Предназначен для наружной проводки, выдерживает высокую температуру – до +140 градусов по Цельсию.
РЕ – из термопластичного полимера этилена. Для открытого (наружного) проведения.
FR – кабель с огнезащитой. Функционирует в условиях открытого огня в течение заданного времени. Современные стандарты выделяют три вида огнестойких покрытий, рассчитанных на полчаса, 1,5 часа и 3 часа.
LS – оболочка из материала со сниженным дымовыделением в процессе горения.
ZН – материал покрытия Зеро Галоген, не выделяющий ядовитых галогеновых газов во время горения.
В – кабель обвит броней, в качестве которой чаще применяют ленту из стали.
С – кабель с тросом, натягивающим его между зданиями или сооружениями.

Чтобы идентифицировать и указать назначение материала оболочки, производители используют различные цвета. Так, если она черного цвета, значит кабелю не страшна сырость. Материал, стойкий к горению, обычного оранжевого оттенка. А для внутреннего использования в жилых домах и офисах лучше брать светло-серые сетевые кабели, они подходят для подобного.

Если продукт отмечен маркировкой  U/UTP 4 саt.5e sоlid 24АWG LSZH, то она расшифровывается следующим образом:

• у кабеля нет экранирования;
• у продукта витых пар 4, каждая состоит их двух жил;
• состоит из четырех пар по 2 проводника;
• кабель пятой категории;
• проводник типа «solid» — однопроволочный;
• жила 0,51 мм диаметра;
• оболочка выполнена из безгалогенного материала, со сниженным выделением дыма.

 

 

Из чего может быть выполнен проводник?

Они изготавливаются из металлов и биметаллов, например, из алюминия с омеднением. Первые проводники были только медными. Однако, медь дорого стоила, поэтому появились витые пары из алюминия, а позднее и удешевленные биметаллические.

Но, что говорят специалисты о долгосрочной эксплуатации кабелей  экономных вариантов? Как оказалось, чтобы продукт служил долго и без нареканий, все же лучше выбирать проводники из меди.

• Проводники из алюминия (Аl) – металл весит практически в три раза меньше, чем медь и стоит в разы меньше. И это все преимущества алюминия. Он обладает электропроводностью в  1,7 раз ниже медной, поэтому его сопротивляемость гораздо выше, что приводит к потере сигналов при прокладке слишком длинного кабеля. Алюминий является аморфным материалом и с течением времени происходит его «протечка» за пределы контактов, из-за чего происходит полное исчезновение сигнала. Кроме того, он окисляется, контактируя с воздухом и кабель утрачивает функцию проводника. Этот металл не такой эластичный, как медь, поэтому при скручивании пары и прокладке возможно нарушением целостности.
• Проводники из алюминия с медной оболочкой (ССА) – медь защищает алюминиевый провод от окислительных процессов, из-за чего качество связи не снижается. Такой продукт дешевле кабеля из меди, но речь идет о разнице в 12-17%, так как изготавливать его сложнее, чем из одного металла. Биметаллический кабель обладает более высокой проводимостью, но и по этому показателю он уступает медному. И его вес меньше, чем у продукта из меди. Но, стоит отметить, что кабель из биметалла нельзя применять для технологии Power over Ethernet. В такой системе устройство питается при помощи кабелей, а сопротивляемость алюминия выше, чем у меди и движение постоянного тока будет происходить по сечению всей жилы, сердцевина которой алюминиевая. Не в пользу биметаллического кабеля говорит и тот факт, что приобрести продукт хорошего качества оказывается весьма непросто.  Тестирование часто выявляет несоответствие товара заявленным параметрам. Также практика показала, что даже 60-70 метровая сеть при использовании кабеля из омедненного алюминия в большинстве случаев оказывается нефункциональной или работает с перебоями, несмотря на небольшую протяженность.
• Медные проводники (Cu) – витые пары из меди отличаются более высоким качеством, они увеличивают длительность эксплуатации сети и обеспечивают снижение затрат на ее техобслуживание. Но, стоит брать во внимание, что медные пары обойдутся гораздо дороже, чем проводники с омеднением.

Есть две технологии выполнения проводников: Солид – цельная жила из медного куска и Stranded – скрученные тоненькие проводки. Скрученный кабель более гибок, его рекомендуется использовать для участков с наибольшей подвижностью, например, рядом с рабочими местами. Цельный кабель уступает скрученному по гибкости, но он отличается долговечностью, поэтому его чаще используются для прокладки наружных и внутренних постоянных сетей.

Каждая жила пары имеет маркировку сечения, соответствующая нормативам AWG. Например, сечение 0,13 мм² обозначается как 26 AWG. Параметр определяет толщина жилы без учета изоляционной оболочки.
Стоит отметить, что у проводников, обладающих большей толщиной, показатель AWG меньше. Это значит, что витая пара обладает лучшими характеристиками, так как жила с большим сечением отличается наименьшим сопротивлением. То есть качество кабеля, калибр проводников витых пар которого составляет  22 AWG, выше, чем у кабеля с сечением жил 24 AWG. Но, и цена продукта окажется выше, так как он содержит больше медного компонента.
У кабелей, относящихся к категории 5е, сечение жил составляет 24. А в кабелях высших категорий 6, 7, 7а используются проводники с сечением 23 AWG, реже — 22.
 

 

Классификация категорий кабелей витых пар

Различают кабели семи категорий, нумерация которых начинается с Cat.1 и завершается Cat.7. Этот показатель указывает, каким эффективным пропускным частотным диапазоном обладает кабель. Чем больше витых пар и выше частота витков, тем выше категория и качественнее его эксплуатационные характеристики кабелей.

• Cat.2 – такой кабель с частотой 1-4 МГц применялся для уже устаревших терминалов. Состоит из двух витых пар, не указан в описаниях EIA/TIA. Оказывал поддержку передачи данных при скоростях, не превышающих 4 Мбит/с. Для современной высокоскоростной системы не используется. Редко можно встретить в телефонных узлах, в начале 2-х тысячных был снят с производства.
• Cat.3 – кабель с частотой 16 МГц. Кабель со стоит из 4-х витых пар. Его прокладывают при установке сетей телефонной или интернет-связи, выполненных по технологии «маркерное кольцо» и Ethernet стандарта 10BASE-T. Способен поддерживать скорость до 10 Мбит/с, а при технологии Ethernet до 100 Мбит/с, но если расстояние не превышает сотни метров. Кабель категории Cat.3 отличается от Cat.1 и Cat.2 еще и тем, что соответствует стандартным нормативам IEEE 802.3. Сегодня его не производят, но иногда применяют в процессе прокладки линий телефонной связи.
• Cat.4 – частоты 20 МГц.4-х парный кабель, проводники  которого скручены по парам. Применялся в сетях, выполненных по технологиям «маркерное кольцо», 10 BASE Т и Т4. Одна пара может передавать данные на скорости, не превышающей 16 Мбит/с. Можно обнаружить в старых сетях, но приобрести вряд ли получится, так изделие также снято с производства.Cat.5 – частоты 100 МГц. Кабель состоит из 4-х витых пар. Его использовали во время построения локальной сети  формата 100BASE-ТХ, прокладывали телефонные линии. При применении двух пар позволял поддерживать скорость интернета до 100 Мбит/с.
• Cat.5e – частоты 100 МГц. Является усовершенствованной, уточненной версией 4-парного кабеля предыдущей категории. Обеспечивает передачу данных до 100 Мбит/с с двумя парами и до 1000 Мбит/с с четырьмя. Кабель данной категории приобрел широкое распространение в монтаже вычислительных сетей. Иногда можно встретить 2-парные кабели 5e. Плюсы у продукта имеются – это низкая стоимость и меньшая толщина.
• Cat.6 – частоты 250 МГц. Используется в сети Ethernet стандартов Фаст и Гигабит. Кабель содержит четыре пары витых жил и обеспечивает скорость передачи информации до 10 Гбит/с на расстоянии до 55 метров. В июне был включен в нормативные документы стандарта.
• Cat.6a – частоты 500 МГц. Используется при прокладке сетей Ethernet Гигабит. В кабеле 4 пары проводников, обеспечивающих передачу данных со скоростью до 10 Гбит/с. Расстояние передачи достигает сотни метров. В начале 2008 года включен в нормативные документы стандарта ISO/IEC 11801:2002, вторая поправка. Кабель Cat.6a оснащен общим экраном или каждая пара экранирована отдельно.
• Cat.7 – частоты 600 МГц. Кабель данной спецификации утвержден только международной организацией по стандартизации ISO 11801. Передает данные на скорости до 10 Гбит/с, оснащен общим экраном, каждая пара проводников также экранирована.
• Cat.7a – частоты 1200 МГц. При расстоянии до 50 м передает данные со скоростью, достигающей 40 Гбит/с, при расстоянии не более 15 м скорость передачи возрастает до 100 Гбит/с. Кабель экранирован, как и каждая пара проводников.
• Cat.8/8.1 – частота 1600-2000 МГц. Кабель данной категории еще разрабатывается, но уже указан в технической рекомендации ISO/IEC TR 11801-99-1, международном стандарте ISO 11801 ( в третьей редакции для Cat. 8.1) и американском стандарте для Саt.8 — ANSI/TIA-568-C.2-1. Обладает полной совместимостью с кабелями категории 6А. Если кабели замыкаются стандартными коннекторами 8P8C, то информация может передаваться со скоростью до 40 Гбит/с. Кабели Cat.8/8.1 оснащены общим экраном или же экранирована каждая пара проводников.
• Cat.8.2 – частота 1600-2000 МГц. Разработка кабеля данной категории еще продолжается, он отвечает требованиям международного стандарта ISO 11801, третья редакция. Его можно совмещать с кабелями Cat. 7А. Обеспечивает передачу данных со скоростью до 40 Гбит/с при применении коннекторов 8P8C, GG45/ARJ45 и TERA. У кабеля присутствует общий защитный экран и индивидуальное экранирование отдельных пар проводников.

 

 

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.

 

Схемы соединений

Чаще всего сетевые коннекторы называют RJ-45, но, более грамотно их именовать 8P8C, так как RJ – это аббревиатура стандарта эр-джей — стандартизированного физического сетевого интерфейса, который описывает конструкторское строение обоих частей разъемных соединений. Тип схемы обжима зависит от нескольких факторов – назначения транка, особенностей применяемых технологических решений и стандарта сети. В некоторых случаях используется схема прямого обжима, но, иногда требуется обратный – перекрестный метод обжимки патчкордов. При прокладывании локальной вычислительной сети Ethernet чаще используют схемы 568А и 568В. Их применение соответствует требованиям стандартных нормативов, предъявляемых к кабельным системах зданий, предназначенных для коммерческого использования. При использовании стандартных схем сводятся к минимуму вероятности наводок между проводками одной пары, поэтому целесообразно их применять для сетей с высокой нагрузкой.

 

Обратившись к специалистам нашей компании вы сможете избежать многих проблем. Мы поможем подобрать качественное и недорогое оборудование, провести квалифицированный монтаж СКС, монтаж систем видеонаблюдения, монтаж СКУД и провести тестирование СКС на соответствие категории поверенным прибором.