Как передается сигнал по кабелю? 169

Как устроена витая пара

Витая пара может иметь разные технические характеристики, которые зависят от конкретной разновидности кабеля. Но в любом случае витая пара:

• включает провода, попарно сплетенные между собой;
• содержит полипропиленовую или поливинилхлоридную (ПВХ) изоляцию;
• имеет одножильные или многожильные проводники;
• может включать экранированную оболочку или не иметь таковой.

Одножильная витая пара применяется, как правило, для прокладки линии передачи данных в стене и не коммутируется с оборудованием напрямую, а коннектится к розеткам. Минус такого кабеля — легко гнущиеся и ломающиеся жилы.

Многожильная витая пара не боится изгибов и применяется для соединения устройств между собой. Недостаток многожильного кабеля — высокая степень затухания, поэтому он может использоваться для передачи данных на расстоянии до 100 метров.

Какие типы витых пар существуют?

Витая пара – это пара проводов, которые скручены вместе, чтобы уменьшить помехи от внешних источников. Существует несколько типов витых пар, которые различаются по количеству проводов и их конструкции.

Одним из наиболее распространенных типов витых пар является Unshielded Twisted Pair (UTP). Он состоит из четырех пар проводов, которые не имеют защиты от помех. Такая конструкция делает UTP наиболее подходящим для использования в сетях Ethernet.

Еще один тип витых пар – Shielded Twisted Pair (STP). В отличие от UTP, STP имеет экранирование, которое защищает пары проводов от помех. Этот тип витой пары используется в более шумных средах, таких как заводы или больницы.

Также существует Foiled Twisted Pair (FTP), который похож на STP, за исключением того, что его экранирование выполнено в виде фольги, а не в виде оплетки.

Наконец, существует Screened Twisted Pair (ScTP), который сочетает в себе преимущества STP и FTP, используя как фольгу, так и оплетку для защиты от помех.

В зависимости от задачи, которую необходимо решить, выбор типа витой пары может иметь существенное значение.

Категории кабелей и их характеристики

Кабели витой пары используются для передачи данных и сигналов. Существует несколько категорий кабелей витой пары, которые различаются по скорости передачи данных, длине и шумоподавлению.

Категория 1 – используется для передачи голосовых сигналов и служебных целей.

Категория 3 – используется для передачи данных со скоростью до 10 Мбит/с на расстоянии до 100 метров.

Категория 5 – используется для передачи данных со скоростью до 100 Мбит/с на расстоянии до 100 метров.

Категория 6 – используется для передачи данных со скоростью до 10 Гбит/с на расстоянии до 55 метров.

Категория 7 – используется для передачи данных со скоростью до 40 Гбит/с на расстоянии до 50 метров.

Категория 8 – используется для передачи данных со скоростью до 40 Гбит/с на расстоянии до 30 метров.

Выбор категории кабеля зависит от требований к скорости передачи данных и длине кабеля. Для более длинных расстояний и высоких скоростей передачи данных рекомендуется использовать кабели более высоких категорий.

Кроме того, кабели витой пары обладают отличными шумоподавляющими свойствами, что делает их идеальным выбором для передачи сигналов в условиях электромагнитных помех.

Различия между витыми парами категорий 5, 6 и 7

Витая пара – это кабель, который используется для передачи данных между устройствами. Существуют различные категории витых пар, которые отличаются друг от друга скоростью передачи данных и дальностью передачи сигнала.

Категория 5 – это самая старая категория витых пар, которая поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с на расстоянии до 100 метров. Она используется в основном для домашних сетей.

Категория 6 – это более новая категория витых пар, которая поддерживает скорость передачи данных до 1 Гбит/с на расстоянии до 55 метров. Она используется в основном для бизнес-сетей и центров обработки данных.

Категория 7 – это самая новая категория витых пар, которая поддерживает скорость передачи данных до 10 Гбит/с на расстоянии до 100 метров. Она используется в основном для центров обработки данных и других мест, где требуется высокая скорость передачи данных.

Таким образом, выбор категории витых пар зависит от требуемой скорости передачи данных и дальности передачи сигнала.

Что такое витая пара?

Это кабель, используемый для передачи сигнала, в основе которого лежит несколько пар скрученных между собой проводов. Отсюда и такое название. Каждая пара предназначена для одного сигнала: передаваемого или принимаемого. Скрутка «внутренностей» кабеля производится с целью защиты от помех. Также же существуют и другие методы защиты, которые в самых бюджетных продуктах не встречаются.

Данный тип кабелей используется не только для передачи цифрового Ethernet-сигнала. Он также встречается в аналоговых телефонных сетях, но их мы касаться не будем — поговорим лучше про LAN-кабели.

Типы кабелей

От типа кабеля зависит максимальное расстояние, на которое сможет уверенно передаваться сигнал, а также уровень защиты и пропускная способность. В настоящие время кабели 1-4 категории практически не встречаются в продаже. Это устаревшие форматы, которые не соответствуют требованиям современного сетевого оборудования.

Самый распространенный тип — 5е. Это слегка улучшенная версия 5 категории. В основе такого кабеля лежат двух- или четырехпарные провода. Максимальная пропускная способность составляет 1000 Мбит/с. Дистанция, на которой сигнал не будет ухудшаться — 100 метров. Благодаря этим характеристикам данный кабель подойдет для большинства пользователей. Однако, если вы планируете пользоваться «гигабитным» интернетом, то придется приобрести кабель более высокой категории.

6 категория подразумевает лучшую пропускную способность (до 10 Гбит/с). Но на максимальной скорости дистанция передачи сигнала снижается до 55 метров без усилителей. При скорости в 1 Гбит/c можно использовать кабель также на расстоянии до 100 метров.

Улучшенные версии 6а, 7 и 7а подразумевают дополнительное экранирование проводов, которое лучше защищает кабель от помех. Пропускная способность при этом остается прежней — 10 Гбит/с. Но увеличивается эффективная дистанция сигнала — до 100 метров.

Число пар

В зависимости от типа кабеля, количество пар проводов внутри будет отличаться. Самый простой 5е имеет всего две пары. Начиная с 6-ой категории, кабели имеют 4 пары проводов. Впрочем, иногда встречаются кабели типа 5е с 4-мя парами. В таком случае 2 пары не задействуются и используются как резервные. 

И хоть 2-х парные кабели легче, дешевле и эластичнее своих аналогов, мы рекомендуем использовать только 4-х парные кабели. Во-первых, они имеют большую пропускную способность. 2-х парный кабель обеспечит вас максимум скоростью в 100 Мбит/c. Во-вторых, даже если ваше сетевое оборудование не способно передать скорость больше 100 Мбит/c, вы получите резервную незадействованную пару проводов в 4-х парном кабеле. Она пригодится в случае, когда основная пара повредится. В-третьих, это хороший задел на будущее. Вам не придется заново протягивать кабель, когда захотите получить интернет со скоростью 1-10 Гбит/c.

Тип защиты

Для стабильного соединения нужно не только обеспечить прохождение сигнала, но и защитить его от помех. Для этого часто используют экранирование, его тип можно найти в обозначении кабеля). 

• UTP — не подразумевает наличие экранирования (но это не значит, что такой кабель неработоспособен). 
• FTP — самый простой вид экранирования, который представляет собой общую оболочку для всех внутренних проводов.
• SFTP — дополнительная защита в виде сетчатой оболочки поверх экранирования. Благодаря этому кабель меньше подвержен физическим воздействиям и повреждениям.

Наличие экранирования у кабеля не гарантирует дополнительную защиту от помех. Во-первых, кабель должен быть заземлен, то же самое касается и сетевого оборудования. Во-вторых, заземление должно быть качественным. В противном случае тонкий провод заземления будет выступать в качестве антенны, которая притягивает дополнительные помехи. В-третьих, правильно обжать кабель FTP и SFTP гораздо сложнее.

В случае нарушения контактов разъема вы также получите обратный эффект — ухудшение сигнала. Поэтому зачастую экранированные кабели не используют в многоквартирных домах.

Материалы

В качестве материала проводника производители используют медь, омедненный алюминий и омедненную сталь. Если вы выбираете витую пару для использования в домашних условиях, можете вообще не заморачиваться по этому поводу. 

В качестве оболочки производитель выбирает ПВХ. Этого тоже вполне достаточно для домашней эксплуатации. Но при использовании кабеля на открытом воздухе, рекомендуется выбирать продукцию со специальной полиэтиленовой оболочкой, которая защищает кабель от разрушения под действием ультрафиолетовых лучей. Если планируется протяжка по воздуху, уточните у продавца наличие несущего троса внутри кабеля, который будет нести основную нагрузку.

Конструкция витопарного кабеля[править | править код]

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 патч-кордов 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 так же 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.

История[править | править код]

Перекрещивание проводов на телеграфном столбе

Первые телефоны использовали телеграфные линии или однопроводные линии с цепью заземления, проложенные открытым способом. В 1880 году во многих городах были пущены электрические трамваи, которые наводили много шумов на эти линии. Судиться было бесполезно, и телефонные компании переделывают свои линии в сбалансированную схему, имевшую дополнительную выгоду, заключавшуюся в снижении ослабления сигнала.

Когда линии электропередачи стали более распространённым явлением, этой меры оказалось недостаточно. Телеграфные провода шли параллельно с линиями электропередачи, и в течение нескольких лет растущее использование электроэнергии снова принесло увеличение помех, поэтому инженеры разработали метод транспозиции проводов, чтобы свести на нет помехи.

В транспозиции проводов их положение менялось через определённое количество опор. Таким образом, два провода сбалансированной пары получали аналогичные помехи от линий электропередачи. Это представляло собой раннюю реализацию скручивания с шагом транспозиции проводов около четырёх перекрестий на километр, или шесть на милю. Такие открытые симметричные линии с периодическими транспозициями дожили до наших дней в некоторых сельских районах.

Витая пара была изобретена Александром Грейамом Беллом в 1881 году. К 1900 году вся американская сеть телефонных линий была или на витой паре, или на открытых проводах с транспозицией для защиты от помех.

Что нужно знать о качественной витой паре?

Качественная витая пара – это основа для надежной передачи данных. Ее состоит из нескольких жил, обернутых вместе в спираль. Каждая жила представляет собой медную проволоку, которая обеспечивает передачу электрического сигнала

Важно, чтобы жилы были правильно закручены, чтобы избежать помех и снизить потери сигнала. Также важно, чтобы витая пара была экранирована, чтобы защитить сигнал от внешних воздействий

Качественная витая пара может использоваться для передачи данных на длинные расстояния без искажений сигнала, поэтому она является популярным выбором для интернет-провайдеров и организаций, которые нуждаются в надежной передаче данных.

Как выбрать качественный кабель для сети

При выборе кабеля для сети необходимо обратить внимание на несколько важных параметров. В первую очередь, на тип кабеля – категория 5е или 6 – в зависимости от того, какую скорость передачи данных вы планируете использовать

Кроме того, важным фактором является качество материалов, из которых изготовлен кабель, а также соответствие стандартам безопасности и экологии. Дополнительно можно обратить внимание на длину кабеля – чем короче, тем лучше, и наличие экранирования, которое защитит сеть от внешних помех. Не стоит экономить на качестве кабеля, ведь это может негативно сказаться на скорости и стабильности работы сети.

Какие характеристики определяют качество витой пары

Качество витой пары зависит от нескольких факторов, включая материалы, из которых она изготавливается, количество витков на метр, толщину изоляции и диаметр проводника. Важным параметром является также классификация кабеля – CAT5, CAT6 или CAT7. Чем выше классификация, тем выше пропускная способность и скорость передачи данных

Важно также учитывать длину кабеля и его экранирование, особенно если он проходит вблизи других электронных устройств. Качество витой пары играет важную роль в передаче данных, поэтому при выборе кабеля необходимо учитывать все эти параметры

Читайте далее:

Что такое витая пара и как она используется в сетевых технологиях?

Сколько проводов в витой паре и зачем они нужны?

Почему витая пара является лучшим выбором для передачи данных?

Где и как используется витая пара: основные области применения

Как обжать витую пару 8 жил: подробный гайд

Как правильно обжать витую пару из 4 жил

Проводниковые среды передачи информации

Витая пара

Витая пара представляет из себя два изолированных медных проводов, обычный диаметр которых составляет 1 мм.
Провода свиваются один вокруг другого в виде спирали.
Это позволяет уменьшить электромагнитное взаимодействие нескольких расположенных рядом витых пар.
(Два параллельных провода образуют простейшую антенну, витая пара — нет.)
Сигнал обычно передается в виде разницы потенциалов в двух проводах, составляющих пару. Это обеспечивает лучшую устойчивость к внешнему шуму, так как шум одинаково влияет на оба провода, и, таким образом, разница
потенциалов остается неизменной.

Самым распространенным применением витой пары является телефонная линия.

Витая пара может передавать сигнал без ослабления мощности на расстояние, составляющее несколько
километров. На более дальних расстояниях из-за ослабевания сигнала требуются повторители.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель состоит из твердого медного провода, расположенного
в центре кабеля, покрытого изоляцией. Поверх изоляции натянут цилиндрический
проводник, обычно выполненный в виде мелкой медной сетки. Он покрыт наружным
защитным слоем изоляции (пластиковой оболочкой).

Коаксиальный кабель лучше экранирован, чем витая пара, поэтому может обеспечить передачу
данных на более дальние расстояния с более высокими скоростями. Данный вида кабелей
используется для передачи радиочастотных электрических сигналов.
Благодаря совпадению осей обоих проводников у идеального коаксиального кабеля оба компонента электромагнитного поля полностью сосредоточены в пространстве между проводниками и энергия не теряется.

Коллизии

Коаксиальный кабель — разделяемая среда передачи. Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется шина. Однако если хотябы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией, а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи — доменом коллизий. Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналов в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого — фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.

Пускай в сети, изображенной на рисунке, узлы A и С одновременно начнут передачу, но успеют ее закончить раньше, чем примут сигнал друг друга. Так как каждый из передающих узлов примет встречный сигнал только после того, как уже закончит передавать свое сообщение — факт того, что произошла коллизия не будет установлен ни одним из них, а значит повторной передачи кадров не будет. Зато узел B на входе получит сумму сигналов и не сможет корректно принять ни один из них. Для того, чтоб такой ситуации не произошло необходимо ограничить размер домена коллизий и минимальный размер кадра.

Таким образом чем больше потенциальный размер сегмента сети, тем больше накладных расходов уходит на передачу порций данных маленького размера. Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.

Какие бывают жилы

В сетевых проводах применяется несколько вариантов жил:

• медные;
• омедненные.

Виды и категории оптических волокон и кабелей. Одномод и многомод

По виду и назначению различают одномодовые и многомодовые оптические волокна (а также состоящие из них кабели).

• Одномодовые оптоволоконные нити пропускают лишь 1 световой сигнал (одну моду). Диаметр их сердечника составляет 7-10 мкм (в коммуникационных системах – 9 мкм), а чем он уже, тем ниже дисперсия и меньше затухание луча. Пропускная способность одномодового кабеля ниже, чем многомодового, но он способен передавать данные на бОльшие расстояния.
• Многомодовые волокна одновременно пропускают несколько сигналов. Их сердечники имеют в несколько раз большее сечение – 50-62,5 мкм, что создает условия для повышения уровня дисперсии и более быстрого затухания импульса. Кабели такого типа предназначены для относительно коротких расстояний.

Волоконно-оптические кабели, которые используют для построения компьютерных сетей, делятся на 7 классов:

• OS1 – одномод с сердечником 9 мкм.
• OS2 – широкополосный одномод с сердечником 9 мкм.
• OM1 – многомод с сердечником 62,5 мкм.
• OM2 – многомод с сердечником 50 мкм.
• OM2 plus – могомод с сердечником 50 мкм для лазерных источников (улучшенный).
• OM3 – высокоскоростной многомод с сердечником 50 мкм.
• OM4 – оптимизированный многомод с сердечником 50 мкм.

Одномодовые кабели предназначены для межконтинентальных, межгосударственных, межгородских и внутригородских магистралей большой протяженности (обычно от 10 км), а также для связи удаленных узлов оборудования телекоммуникационных компаний и центров обработки данных. То есть их применяют там, где важна непрерывность (или минимальное количество соединений) и повышенная надежность линии.

Кабели такого типа стоят дешевле, чем многомодовые, но если учесть затраты на весь необходимый комплект оборудования, то системы на одномодовой передаче обходятся дороже.

Многомодовые кабели используют для подключения к сети рабочих станций и других конечных устройств внутри помещений, для связи между этажами и близко расположенными зданиями (до 550 м). Также ими оборудуют дополнительные линии связи в центрах обработки данных.

Волоконно-оптические кабели передают данные на расстояние до 40-100 км и поддерживают скорость до 100 Гбит/с. Но это лишь теоретически достижимые значения: на быстроту и качество связи влияет категория кабеля и оборудование, которое обрабатывает сигнал.

Количество жил

Кабель витая пара может выпускаться с 4 и 8 жилами. Для передачи по стандарту на скорости до 100 Мбит/сек можно использовать 4 жилы, а вот чтобы получить больше 100 мегабит/с — 1 Гбит/c, понадобятся все 8 жил кабеля.

Поэтому необходимо заранее выяснить, какая в квартире скорость интернета, чтобы выбрать правильное количество жил кабеля витая пара.

Также изделия выпускаются:

• одножильными;
• многожильными.

Кабели с 1 медной жилой используются для проведения линий в стеновых панелях, для подсоединения к розеткам. Не допускается контакта однопроволочного изделия с сетевым оборудованием. На протяженных линиях жилы могут деформироваться, разрушаться.

Кабели многожильные состоят из нескольких проволок. Вид не предназначен для врезки в панели розеток. Изделия пластичные, рекомендованы для выполнения сложной проводки со скручиваниями, прокладки в углах и проходах. Продукция подходит для блоков, объединяющих приборы.

Экранирование

Существует несколько основных способов экранирования сетевых кабелей:

• FTP – защитное экранирование осуществляется фольгой.
• F2TP – двойной экран из фольги.
• S/FTP – каждый из проводников покрыт фольгой.
• STP – каждая из жил и весь кабель покрыты фольгой.
• U/STP – каждая из жил по отдельности покрыта фольгой.
• SF/UTP – кабель покрыт двумя слоями защитного покрытия – оплетку и фольгу.

Наиболее защищенным является SF/UTP. Однако его использование целесообразно только в местах, существенно подверженных электромагнитным колебаниям. Например, если рядом проходят уличные, высоковольтные линии. Маркировка об экранировании по стандарту наносится на пластиковый защитный слой. На обозначении это первые два символа перед знаком дроби.

Экранирование обязательно, если кабель прокладывается неподалеку от силовых линий. В таком случае лучше выбрать кабель с экранированием класса FTP и выше. Поскольку любые силовые линии являются источниками электромагнитного поля, при передаче сигнала требуется максимально защитить его от помех.