Как определить длину ethernet кабеля
Обновлено: 03.07.2024
При подготовке к статье с каверзными вопросами я наткнулся на интересный вопрос - откуда взялось ограничение в 100 метров на длину Ethernet-сегмента. Мне пришлось погрузиться глубоко в физику и логику процессов, чтобы приблизиться к пониманию. Часто говорят, что на большой длине кабеля начинаются затухания и данные искажаются. И, в общем-то, это правда. Но есть и другие причины для этого. Попытаемся рассмотреть их в данной статье.
Причина кроется в технологии CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection. Если вдруг кто-то не знает, то это когда у нас одна шина (одна среда передачи данных), к которой подключено несколько станций (Multiple Access). Каждая станция следит за состоянием шины - есть ли в ней сигнал от другой станции (Carrier Sense). Если вдруг два устройства начали передавать в один момент, то оба они должны это обнаружить (Collision Detection). Да, всё это касается полудуплексных сетей. Поэтому если у вас взгляд устремлён исключительно в светлое 10-гигабитное будущее, эта статья не для вас. В первую очередь, я хочу, чтобы все понимали, что скорость передачи сигнала в среде никоим образом не зависит от применяемого стандарта. Хоть в Ethernet (10Мб/с), хоть в 10Gbit Ethernet скорость распространения импульса в медном кабеле - примерно 2/3 скорости света. Как здорово написали в одном холиварном треде: вы можете говорить быстро или медленно, но скорость звука от этого не меняется. Теперь обратимся к сути CSMA/CD. В современных сетях коллизии исключены, потому что у нас уже нет общей шины и практически всегда все устройства работают в полнодуплексном режиме. То есть у нас всего лишь два узла на конце одного кабеля и отдельные пары для приёма и передачи. Поэтому механизма CSMA/CD уже нет в 10Gbit Ethernet. Однако рассмотреть его будет полезно, так же, как например, изучать RIP, который, вроде, никому уже и не нужен, но прекрасно иллюстрирует принцип работы дистанционно-векторных протоколов маршрутизации. Итак, предположим, что к общей шине у нас подключено 3 устройства. ПК 1 начинает передавать данные на ПК3 (запустил импульс в шину). Разумеется, в общей шине сигнал пойдёт не только на ПК3, но всем подряд. ПК2 тоже хотел бы передать, но видит волнения в кабеле и ожидает. Когда сигнал от ПК1 до ПК3 прошёл, может начинать передавать ПК2.
Это пример работы Collision Detection. Чтобы одна станция не оккупировала шину, между кадрами есть промежуток длиной 96 битов (12 байтов), который называется Inter Frame Gap (IFG). То есть, например, ПК1 передал кадр, потом ждёт некоторое время (время, за которое он успел бы передать 96 битов). И отправляет следующий и т.д. Если ПК2 захочет передавать, то он сделает это как раз в таком промежутке. Так же ПК3 и так по очереди. То же самое правило работает и в том случае, когда у вас не общая шина, а один кабель, где к двум концам подключены две станции, и они передают данные в полудуплексном режиме. То есть передавать данные в каждый момент времени может только одна из них. Передаёт ПК2, как только линия освободилась, передаёт ПК1, линия освободилась - передаёт ПК2 и так далее. То есть тут нет какой-то чёткой временной синхронизации, как, например, в TDD, когда для каждого конца выделены определённые промежутки передачи. Таким образом, достигается более гибкое использование полосы: Если ПК1 ничего передавать не хочет, то ПК2 не будет простаивать в ожидании своей очереди.
Проблема
А что если представить себе такую неловкую ситуацию?
То есть ПК1 закончил передачу своей порции данных, но она ещё не успела дойти до ПК2. Последний не видит сигнала в линии и начинает передавать. Бац! Где-то в середине ДТП. Данные покорёжились, сигнал дошёл до ПК 1 и ПК2. Но, обратите внимание на разницу - ПК2 понял, что произошла коллизия и перестал передавать данные, а ПК1 ничего не понял - у него-то передача уже закончилась. Фактически он просто получил битые данные, а свою задачу по передаче кадра как бы выполнил. Но данные потерялись на самом деле - ПК3 также получил искажённый коллизией сигнал. Где-то потом гораздо выше по ступеням OSI отсутствие данных заметит TCP и перезапросит эту информацию. Но представьте, сколько времени на это будет потеряно?
Кстати, когда на интерфейсах у вас растёт количество ошибок CRC - это верный признак коллизий - приходят битые кадры. Значит, скорее всего, не согласовался режим работы интерфейсов на разных концах.
Вот именно для исключения такой ситуации в Ethernet ввели одно условие: в тот момент, когда первый бит данных будет получен на самой дальней стороне шины, станция ещё не должна передать свой последний бит. То есть кадр должен как бы растянуться на всю длину шины. Это самое распространённое описание, но фактически оно звучит несколько иначе: если коллизия произошла на самом дальнем от отправителя участке шины, то информация об этой коллизии должна достигнуть отправителя ещё до того, как он передал свой последний бит. А это разница в 2 раза, между прочим, по сравнению с первым приведённым условием. Это гарантирует, что даже если случится коллизия, все её участники будут однозначно в курсе. И это очень здорово. Но каким образом этого добиться? И тут мы вплотную приближаемся к вопросу о длине сгемента. Но прежде, чем дать ответ на вопрос про длину, придётся немного окунуться в теорию сетей и для начала введём понятие bit time (термин "битовое время" не прижился). Эта величина означает, сколько нужно времени интерфейсу, чтобы выпульнуть в среду 1 бит. То есть если Fast Ethernet в кабель отправляет 100 000 000 битов в секунду, значит, bit time равен 1b/100 000 000 b/s=10^-8 с или 10 наносекунд. Каждые 10 наносекунд Fast Ethernet порт может отправлять в среду один бит. Для сравнения Gigabit Ethernet отправляет 1 бит каждую наносекунду, старые диал-ап модемы могли отправлять 1 бит каждые 18 микросекунд. Скорострельное оружие Metal Storm MK5 теоретически способно выпускать одну пулю каждые 60 микросекунд. Пулемёт калашникова выпускает 1 пулю каждые 100 миллисекунд.
Если говорить об IFG, то станция должна делать паузу именно в 96 бит-таймов перед отправкой каждого кадра. Fast Ethernet, например, должен выждать 960 наносекнуд (0,96 микросекунды), а Gbit Ethernet 96 наносекуд
Итак, для выполнения условия вводится понятие кванта или Slot time - минимальный размер блока данных, который можно передавать по сети в Ethernet. И именно этот квант должен растянуться на весь сегмент. Для Ethernet и Fast Ethernet выбран минимальный размер - 64 байта - 512 бит. Для его передачи порту FE понадобится 10 нс*512 = 5120 нс или 5,12 мкс.
Отсюда и ограничение в 64 байта на минимальный размер Ethernet-кадра.
То есть у блока данных 64 байта будет 5,12 мкс на путешествие по шине и возврат к отправителю в случае коллизии. Попробуем просчитать расстояние в лоб: (5,12 * 10^-6)*(2/3*3*10^8)/2=512 метров. Поясню формулу: время путешествия (5,12 мкс переведённые в секунды) * 2/3 скорости света (скорость распространения сигнала в медной среде в м/с) и делим на 2 - для того, чтобы предусмотреть самый худший случай коллизии, когда сигналу придётся пройти весь путь назад до отправителя. Вроде бы и цифра знакомая - 500 метров, но проблема в том, что ограничение для Fast Ethernet - 100 метров до хаба (200 до самой дальней станции). Здесь вступают в игру задержки на концентраторах и повторителях. Говорят, что они все просчитаны и учтены в конечной формуле, но следы теряются, сколько я ни пытался найти эту формулу расчёта с результатом в 100 метров, найти не удалось. В итоге известно, чем ограничение обусловлено, но не откуда взялась цифра 100.
Gigabit Ethernet
При разработке Gbit Ethernet встал очень важный вопрос - время передачи одного бита составляло уже 1 нс и на передачу одной порции данных нужно уже всего лишь 0,512 мкс. Даже при расчёте в лоб моей формулой без учёта задержек получается длина 50 метров (и 20 метров с учётом этих величин). Очень мало и потому было решено, вместо уменьшения расстояния (как было в случае с переходом Ethernet->Fast Ethernet), увеличить минимальный размер данных до 512 байтов - 4096 бит. Время передачи такой порции данных осталось примерно таким же - 4 секунды против 5. Тут, конечно, есть ещё момент, что не всегда получается набрать такой размер - 4 кБ данных, поэтому в конце кадра, после поля FCS добавляется недостающий объём данных. Учитывая, что мы давно отказались от общей шины, у нас раздельная среда для приёма и передачи, и коллизий как таковых нет, всё это выглядит костылями. Поэтому в стандарте 10 Gbit Ethernet от механизма CSMA/CD отказались вовсе.
Преодоление ограничений по длине
Итак, всё вышеуказанное касалось устаревших полудуплексных сетей с общей шиной. Какое это имеет отношение к настоящему моменту, спросите вы? Можем тянуть мы километры UTP или не можем? К сожалению, всё-таки стометровое ограничение имеет и другую природу. Даже на 120 метрах с обычным кабелем в большинстве случаев многие коммутаторы не смогут поднять линк. Это обусловлено и мощностью портов коммутаторов и качеством кабеля. Дело и в затухании, и в наводках, и в искажении сигнала при передаче. Обычная витая пара подвержена влиянию электромагнитных помех и не гарантируют защиту передаваемой информации. Но, прежде всего, давайте посмотрим на затухание. Типичная наша витуха UTP имеет минимум по 27 витков на каждый метр и передаёт данные на частоте 100 МГц. Так называемое погонное затухание - это ослабление сигнала на каждом метре среды. Согласно стандартам затухание не должно превышать 24 Дб. В среднем это значение около 22 Дб для обычного UTP-кабеля, что означает затухание изначального сигнала в 158 раз. Получается, что затухание на 1 Дб происходит каждые 4,5 метра. Если же взять длину кабеля в 150 метров, то затухание получается уже примерно 33 Дб и исходный сигнал уменьшится в 1995 раз. Что уже весьма существенно. Плюс к этому добавляется взаимное влияние пар - переходное затухание. Так называется процесс, когда в параллельных проводниках возникают наводки, то есть часть энергии тратится на то, чтобы возбудить ток в соседнем кабеле. Учтём возможные помехи от силовых кабелей, которые могу проходить рядом, и ограничение в 100 метров становится совершенно логичным.
Почему тогда такого ограничения не было в коаксиальных сетях? Дело в том, что затухание в кабеле зависит от сопротивления/сечения кабеля и частоты. Вспомним теперь, что толстый Ethernet использует кабель с сердечником 2,17 мм. Плюс Ethernet на коаксиальном кабеле работал на частоте 10 Мгц. А чем больше частота, тем выше затухание. Почему вы думаете аналоговый радиосигнал передаётся к антеннам не по такой удобной витухе, а по толстенным фидерам? Кстати, слово Base в стандартах Ethernet означает Baseband и говорит о том, что одновременно может передавать данные через среду только одно устройство, не используется модуляция/мультиплексирование. В противовес ему Broadband накладывает несколько разных сигналов на одну несущую, а с другой стороны каждый отдельный сигнал из несущей извлекается.
На самом деле, учитывая, что затухание обусловлено характеристиками и качеством кабеля, можно достигнуть значительно более радостных результатов, используя более подходящий. Например, с помощью кабеля П-296 или П-270 можно преодолеть даже трёхсотметровый рубеж. Разумеется, это 100 Мб/с в полному дуплексе. Для гигабита уже другие требования. И вообще, чем выше скорость передачи, тем больше параметров приходится учитывать, собственно поэтому в 10Gbit Ethernet поддержка медной среды есть только номинально, а предпочтение отдано оптике.
Кто-то считает, что это очевидные вещи, другие скажут, что скучная и ненужная теория. Тем не менее на собеседованиях периодически можно услышать подобные вопросы. Мое мнение: о том, о чем ниже пойдет речь, нужно знать всем, кому приходится брать в руки «обжимку» 8P8C (этот разъем обычно ошибочно называют RJ-45). На академическую глубину не претендую, воздержусь от формул и таблиц, так же за бортом оставим линейное кодирование. Речь пойдет в основном о медных проводах, не об оптике, т.к. они шире распространены в быту.
Технология Ethernet описывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный. Дальше будем говорить только о физическом, т.е. о том, как передаются биты между двумя соседними устройствами.
Технология Ethernet — часть богатого наследия исследовательского центра Xerox PARC. Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что 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.
Диаметр коллизионного домена 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.
Витая пара и дуплексный режим рабты
Витая пара в качестве среды передачи отличается от коаксиального кабеля тем, что может соединять только два узла и использует разделенные среды для передачи информации в разных направлениях. Одна пара используется для передачи (1,2 контакты, как правило оранжевый и бело-оранжевый провода) и одна пара для приема (3,6 контакты, как правило зеленый и бело-зеленый провода). На активном сетевом оборудовании наоборот. Не трудно заметить, что пропущена центральная пара контактов: 4, 5. Эту пару специально оставили свободной, если в ту же розетку вставить RJ11, то он займет как раз свободные контакты. Таким образом можно использовать один кабели и одну розетку, для LAN и, например, телефона. Пары в кабеле выбраны таким образом, чтоб свести к минимуму взаимное влияние сигналов друг на друга и улучшить качество связи. Провода одной пару свиты между собой для того, чтоб влияние внешних помех на оба провода в паре было примерно одинаковым.
Для соединения двух однотипных устройств, к примеру двух компьютеров, используется так называемый кроссовер-кабель(crossover), в котором одна пара соединяет контакты 1,2 одной стороны и 3,6 другой, а вторая наоборот: 3,6 контакты одной стороны и 1,2 другой. Это нужно для того, чтоб соединить приемник с передатчиком, если использовать прямой кабель, то получится приемник-приемник, передатчик-передатчик. Хотя сейчас это имеет значение только если работать с каким-то архаичным оборудованием, т.к. почти всё современное оборудование поддерживает Auto-MDIX — технология позволяющая интерфейсу автоматически определять на какой паре прием, а на какой передача.
Возникает вопрос: откуда берется ограничение на длину сегмента у Ethernet по витой паре, если нет разделяемой среды? Всё дело в том, первые сети построенные на витой паре использовали концентраторы. Концентратор (иначе говоря многовходовый повторитель) — устройство имеющее несколько портов Ethernet и транслирующее полученный пакет во все порты кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом если концентратор начинал принимать сигналы сразу с двух портов, то он не знал, что транслировать в остальные порты, это была коллизия. То же касалось и первых Ethernet-сетей использующих оптику (10Base-FL).
Зачем же тогда использовать 4х-парный кабель, если из 4х пар используются только две? Резонный вопрос, и вот несколько причин для того, чтобы делать это:
- 4х-парный кабель механически более надежен чем 2х-парный.
- 4х-парный кабель не придется менять при переходе на Gigabit Ethernet или 100BaseT4, использующие уже все 4 пары
- Если перебита одна пара, можно вместо нее использовать свободную и не перекладывать кабель
- Возможность использовать технологию Power over ethernet
Не смотря на это на практике часто используют 2х-парный кабель, подключают сразу 2 компьютера по одному 4х-парному, либо используют свободные пары для подключения телефона.
Gigabit Ethernet
В отличии от своих предшественников Gigabit Ethernet всегда использует для передачи одновременно все 4 пары. Причем сразу в двух направлениях. Кроме того информация кодируется не двумя уровнями как обычно (0 и 1), а четырьмя (00,01,10,11). Т.е. уровень напряжения в каждый конкретный момент кодирует не один, а сразу два бита. Это сделано для того, чтоб снизить частоту модуляции с 250 МГц до 125 МГц. Кроме того добавлен пятый уровень, для создания избыточности кода. Он делает возможной коррекцию ошибок на приеме. Такой вид кодирования называется пятиуровневым импульсно-амплитудным кодированием (PAM-5). Кроме того, для того, чтоб использовать все пары одновременно для приема и передачи сетевой адаптер вычитает из общего сигнала собственный переданный сигнал, чтоб получить сигнал переданный другой стороной. Таким образом реализуется полнодуплексный режим по одному каналу.
Дальше — больше
10 Gigabit Ethernet уже во всю используется провайдерами, но в SOHO сегменте не применяется, т.к. судя по всему там вполне хватает Gigabit Ethernet. 10GBE качестве среды распространения использует одно- и многомодовое волокно, с или без уплотнением по длине волны, медные кабели с разъемом InfiniBand а так же витую пару в стандарте 10GBASE-T или IEEE 802.3an-2006.
40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE). Разработка этих стандартов была закончена в июле 2010 года. В настоящий момент ведущие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Juniper Networks и Huawei уже заняты разработкой и выпуском первых маршрутизаторов поддерживающих эти технологии.
В заключении стоит упомянуть о перспективной технологии Terabit Ethernet. Боб Меткалф, создатель предположил, что технология будет разработана к 2015 году, и так же сказал:
Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое
UPD: Спасибо хабраюзеру Nickel3000, что подсказал, про то что разъем, который я всю жизнь называл RJ45 на самом деле 8P8C.
UPD2:: Спасибо пользователю Wott, что объяснил, почему используются контакты 1,2,3 и 6.
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.
В этой статье мы с вами рассмотрим технические характеристики витой пары, которые учитывают при создании локальных вычислительных сетей. Витую пару относят к структурированным кабельным система и используют для передачи сигнала в компьютерных и телекоммуникационных сетях Ethernet, Arcnet и Token ring. Подсоединение к сетевым устройствам выполняется через разъем 8P8C именуемый в народе RJ45.
Такое широкое применение витой пары обусловлено совместимостью со многими классами, категориями и типами оборудования, легкостью монтажа и относительно малой стоимостью для создания структурированной кабельной сети. Для опрессовки кабеля LAN и коннектора RJ45 используют кримпер (специальные обжимочные клещи) , но можно обжать витую пару без специального инструмента.
Витая пара представляет из себя структурированный LAN кабель с ПВХ оболочкой, который содержит в себе от одной до нескольких изолированных и скрученных между собой пар определенным количеством витков на единицу длины.
Зачем скручивают между собой провода? Дело в том, что переплетение проводов с собственным шагом скрутки между собой образует пару в следствии чего увеличивается качество связи. Таким образом электромагнитные помехи равномерно влияют на провода образующие пару и уменьшают взаимные наводки при передаче дифференциальных сигналов, а также снижают влияние внешних факторов (электрические, магнитные, электромагнитные поля) во время эксплуатации.
Устройство витой пары.
Сетевой кабель LAN в зависимости от категории имеет разные технические характеристики и состоит из нескольких медных проводников, которые образуют пару и могут иметь изоляцию толщиной в о,2 мм из поливинилхлорида (PVC), а у более качественных категорий (CAT5) из полипропилена (PP), полиэтилена (PE). Кабеля высокого качества имеют изоляцию из ячеистого (вспененного) полиэтилена или тефлона. Такой полиэтилен гарантирует низкие диэлектрические потери, а тефлон защищает проводники в условиях высоких температур. Проводники могут состоять как из монолитной медной жилы (0,4-0,6 мм), так и из нескольких жил собранных в пучок.
В России в соответствии с основными требованиями по пожарной безопасности они имеют маркировку: нг(A)-HF; нг(B)-HF; нг(C)-HF; нг(D)-HF. В скобках указывается категория в соответствии с показателями пожарной безопасности. Стойкий к горению и выделению кабель LAN перечисленных выше маркировок используют для прокладки, с учетом объема горючей нагрузки кабелей, во внутренних электроустановках, а также в зданиях и сооружениях с массовым пребыванием людей, в том числе в многофункциональных высотных зданиях и зданиях-комплексах.
Внешняя оболочка витой пары для наружной прокладки имеет материал из гидрофобного полиэтилена, который обычно наносят вторым слоем поверх поливинилхлоридной оболочки. Кроме этого пустоту в кабеле могут заполнить специальным гидрофобным гелем и применить к нему бронирование из гофрированной ленты или стальной проволоки.
Типы витой пары.
Следует сказать, что существует монолитный и многожильный, экранированный и не экранированный кабель LAN. Рассмотрим все по порядку.
Я уже упоминал, что экранирование витой пары используется для защиты от внешних и внутренних электромагнитных наводок. Стоит сказать, что экран по всей длине соединен с неизолированным дренажным проводом, который предназначен для защиты от разрывов и растяжений самого экрана. Существует несколько типов экранирования витой пары, которые определяют технологию и назначение защиты от электромагнитных воздействий. Выделяют такие типы витой пары:
Категории кабеля витая пара (скорость передачи данных).
В основу определения категории витой пары положен максимально пропускаемый частотный диапазон. Это обусловлено количеством витков на одну единицу длины кабеля. То бишь, чем выше категория, тем больше пропускаемый частотный диапазон в следствии увеличения витков каждой витой пары. Категории витой пары описывается в международных и отечественных стандартах.
Категории (сокращенно CAT) витой пары определяют расчетную скорость передачи данных. Кроме этого кабель LAN еще разделяют на классы и при построении структурированной кабельной системы их тоже учитывают. Следует помнить, что витая пара более высокого класса поддерживает технические возможности низшего класса. А вот витая пара по классу ниже не поддерживает технические приложения высшего класса. Чем выше класс тем лучше передаточные характеристики и выше предельная частота работы кабельной линии.
На просторах интернет мне попалось хорошее видео по теме, предлагаю вам его посмотреть.
Для того чтобы сетевой кабель служил долго следует соблюдать правила монтажа. Например, при прокладке нужно следить за целостностью кабеля по всей его длине и не допускать растяжений и изгибов потому, что это может нарушить структуру экрана, что приведет к низкой устойчивости кабеля к электромагнитным помехам. Дренажный провод кабеля должен быть соединен с экраном разъема.
Кроме этого при монтаже нельзя допускать изгибов более восьми внешних диаметров кабеля. Слишком сильный изгиб может повредить фольгированный экран, что заметно ухудшит свойства кабеля и снизит скорость связи внутри сети. Пока!
Читайте также: