Что такое витая пара: обзор видов и категорий

Влияние шума на скрученные провода

Шум приводит к неравномерной нагрузке и повреждению сигнала, тогда на стороне приемника будут различия. Если два провода скручены, кумулятивный эффект помех на обоих проводах одинаков, таким образом, каждый провод в течение половины времени находится ближе к источнику шума, а в другой половине – дальше, в следующем повороте верно обратное, таким образом, на стороне приемника не будет никакой разницы, поскольку нежелательные сигналы гасятся.

Важным условием для увеличения пропускная способность витой пары является ее калибровка. Датчик является мерой толщины проводника. Чем толще провод, тем сильнее сигнал на заданном расстоянии и тем лучше характеристики среды. Эффективная полоса пропускания витой пары зависит от нескольких факторов, включая размер проводника, длину цепи и расстояние между усилителями (повторителями).

Витая пара может использоваться для передачи аналогового или цифрового сигнала, а диапазон частот составляет от 100 Гц до 5 МГц. Самое распространенное применение — IS телефонной системы. Витая пара ограничена расстоянием. По мере увеличения ее между элементами сети затухание увеличивается, а пропускная способность витой пары на заданной частоте уменьшается.

Для чего это нужно?

Как писал поэт Владимир Маяковский: «Если звезды зажигаются, значит это кому-нибудь нужно». Ниже приводятся преимущества использования данной технологии.

Подключение устройств в труднодоступных местах

Например, на рабочем месте пользователя предусмотрены только две розетки: для монитора и системного блока. Часто такие требования возникают не из-за ошибки в планировании, а диктуются отраслевыми, региональными и другим стандартами ИТ-безопасности, пожарной безопасности, охраны труда и так далее.

Другой пример — если видеокамера или точка доступа закреплена под потолком, туда бывает сложно протянуть ещё и провод питания.

Управление по питанию

Вторая польза заключается в том, что PoE позволяет управлять устройством по питанию, например, временно отключать, включать или выполнять перезапуск (при зависании, обновлении или другой необходимости).

Это удобно, если приходится работать удалённо, или, когда устройства находятся в труднодоступных местах.

Особенно это полезно при работе с точками доступа, которые могут находиться на значительном расстоянии или вообще скрыты где-нибудь над фальшь-потолком.

Примечание. Практически все современные точки доступа от Zyxel поддерживают PoE
и в том числе новые модели с поддержкой Wi-Fi 6: как самые «бюджетные» NWA110AX так и более продвинутые WAX650S и WAX510D

Рисунок 1. Двухдиапазонная точка доступа 802.11ax (Wi-Fi 6) NWA110AX.

Упрощение обслуживания

Помимо удобства эксплуатации, применение PoE позволяет снять головную боль в плане закупки и ремонта адаптеров питания, обеспечения пользователей розетками, например, через приобретение PDU (проще говоря, «переносок-разветвителей). Меньше узлов — меньше точек отказа — меньше звонков в техподдержку.

Электробезопасность

Кто бы что ни говорил, а 220 Вольт — это много. Это больно бьёт, это убивает. А вот 57 вольт, что является максимумом для PoE — тоже неприятно опасно, но уже не так сильно. В некоторых организациях для того, чтобы сисадмин выполнял работу ещё и электрика — нужен специальный допуск. Регламентируется это всё теми же отраслевыми и региональными стандартами. А с PoE — ничего такого отродясь не знали. Слаботочка — она и есть слаботочка.

Эстетика

Техническому персоналу что в первую очередь нужно? Лишь бы работало. Но некоторым особенно продвинутым «товарищам» нужно, чтобы это было еще и «красиво». Например, чтобы «лишние» провода не свисали. Или чтобы всё одного цвета было. А PoE избавляет от этих самый «лишних» проводников. Особенно чувствительны к этому разного рода проверяющие, комиссии и «большое начальство».

Какая витая пара будет завтра?

Несмотря на серьёзную конкуренцию со стороны оптического кабеля, витая пара продолжает прочно удерживать сегмент «последнего метра». Не последнюю роль здесь играет цена и габариты оптических трансиверов, которые не позволяют использовать их в персональных компьютерах и ноутбуках.

Действительно, во многих случаях оптические кабели оказываются перспективнее медных, благодаря большей надёжности и огромному запасу для модернизации. Одна и та же пара волокон может передать и 1GE и 40GE. При этом оптический кабель абсолютно не подвержен электромагнитным помехам, более устойчив к непогоде и влажной среде. Да, монтаж ВОК намного сложнее медных линии, но если расстояние между узлами сети превышает 70 метров, берите оптику — не прогадаете.

Тем не менее, в ближайшие годы рынок витой пары будет продолжать расти. Как ожидают эксперты «ResearchAndMarkets», к 2023 году более 90% рынка кабеля для передачи данных составит медная витая пара UTP. Кабель Cat5e уже сдаёт позиции более современным Cat6/6A, а кабель Cat7 расширит присутствие на рынке, заняв нишу, которую сейчас занимает Cat6A.

Фактически, главным конкурентом витой пары в её нише «последнего метра» является не оптические, а беспроводные линии. Внедрение стандарта Wi-Fi 6 может серьезно изменить расклад сил в этой области, и как будут развиваться события станет ясно уже совсем скоро, после 2021 года.

Типы витых пар по сетевому подключению

По своему назначение витые пары делятся на 10 основных категорий. Я не буду здесь перечислять все, а остановлюсь лишь на тех, которых подходят для использования в качестве сетевого кабеля интернета.

  • Cat 5D — витая пара, состоящая из 4 скруток, то есть 8 жил. Такой кабель поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при задействовании двух пар и 1000 Мбит/с — четырех.
  • Cat 5E — усовершенствованный вариант предыдущей категории — он тоньше и дешевле. Самый распространенный вариант для работы с сетями Fast и Gigabit Ethernet.
  • Cat 6E — второй по популярности тип сетевого кабеля Ethernet. Он неэкранированный, имеет 8 пар жил и поддерживает передачу данных на скорости до 10 Гбит/с. Максимальное расстояние — 55 метров
  • Cat 6А — сетевой кабель, состоящий из 4 витых пар. Тип экранирования — S/FTP или F/FTP, расстояние уже 200 метров
  • Cat 7F — 8 жил, экранирован по категории S/FTP, скорость та же — до 10 Гбит/с
  • 7A — самый продвинутый сетевой кабель, имеющий в своем арсенале 8 проводов, экранирован по типу S/FTP. Передача информации происходит на скорости до 40 Гбит/с по линии длиной до 50 метров и до 100 Гбит/с с максимальным расстояние в 15 метров.

Особенности использования

Как вы могли убедится скотчлоки бывают двух типов. Первые — это те, которые раскрываются как чемодан. Редко, но на форумах встречается название «клеммники чемоданного типа», а другой вариант – нераскрывающиеся, для их использования нужно нажать на поверхность клеммника чтобы врезать в провода. И у тех и у других скотч-локов используются одинаковые U-образные контакты. Особых отличий в том, как пользоваться нет.

Для нераскрывающихся клеммников типа UY-2, UR2 и подобных есть специальные обжимные клещи с плоскими параллельными губками.

Но их с успехом можно заменить пассатижами, а в некоторых случаях сжать пальцами. Раскрывающие клеммники сжимаются по металлической скобе-контакту в открытом состоянии.

Скотчлоки с гелем не требуют дополнительной изоляции. Надеваются на изолированный не зачищенный провод. Для соединения достаточно ровно обрезать концы и завести их в отверстие или вложить в раскрытый клеммник. В свою очередь скотчлоки без геля лучше дополнительно заизолировать изолентой или термоусадочной трубкой.

Не превышайте рекомендуемые сечения проводников и не соединяйте проводники тоньше положенного. В первом случае вы повредите токопроводящие жилы, а во втором не обеспечите должной фиксации в ноже. Можно соединять кабельную продукцию с однопроволочными и многопроволочными жилами, но не используйте скотч-локи для алюминиевого провода. Из-за текучести алюминия контакт быстро ослабнет.

Что собой представляет подобное устройство

Инжектор poe — прибор, предназначенный для подачи электропитания на IP камеру с помощью «витой пары». Необходимость в прокладке силового кабеля отсутствует. Для питания задействуют две свободные пары проводов сетевого кабеля.

Такие устройства могут быть двух типов:

  • пассивные;
  • активные.

Активные работают с приборами, поддерживающими PoE и могут выделить питание из общего потока. Напряжение подается после согласования между выдающей и потребляющей аппаратурой, что обеспечивает безопасность подключения.

Пассивный инжектор работает в паре со сплиттером. Первое устройство ставится в начале сети, на него поступает электропитание. Второе — в конце, выполняя функцию разделителя потоков. Далее напряжение передается по витой паре.

Технология позволяет обеспечить питание ip камер, когда вблизи отсутствует розетка 220 В. Подключить устройство можно своими руками. Poe коммутаторы могут иметь до 16 портов, в них включается несколько совместимых устройств, которым требуется электропритание.

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.

ИСТОКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ

В процессе разработки конструкции четырёх-парного горизонтального кабеля в обязательном порядке выполняется оценка обеспечиваемой им скорости передачи данных. Эта процедура может быть выполнена различными способами. Институт инженеров электротехники и электроники (IEEE) для решения этой задачи привлекает теорию Шеннона: предельная пропускная способность W любого тракта передачи независимо от формы его реализации составляет:

где: ΔF — полоса пропускания тракта с верхней f2 и нижней f1 граничными частотами;
Ps и Pn — мощности сигнала и шума соответственно.

В работе Клода Шеннона1 это соотношение получено из общего выражения:

W = 2ΔF(ESN — EN)      (2),

где: ESN — энтропия смеси сигнала с шумом, EN — энтропия шума.

При записи выражения (2) использован факт того, что f1 << f2.

Важным ограничением выражения (1) является то, что помеха рассматривается как аддитивный гауссов белый шум. Кроме того, несложный теоретический анализ показывает, что для максимизации пропускной способности реального канала связи сам передаваемый по нему сигнал должен в максимально полной степени обладать свойствами белого шума.

Шумоподобные свойства сигнала, передаваемого со скоростью 1 Гбит/с и выше по симметричным кабельным трактам СКС, обеспечиваются соответствующим кодированием и применением скремблирования на передающем конце (на приёме исходную цифровую последовательность восстанавливает дескремблер).

Симметричные кабельные тракты СКС функционируют в режиме преобладающего влияния переходной помехи без учёта тепловых шумов. На скоростях 40 и 100 Гбит/с, где это положение начинает нарушаться из-за высокого затухания в верхней части спектра, «помеховое статус-кво» в реальных условиях восстанавливается ограничением предельной протяжённости линии вплоть до 30-50 м против 100 м для менее быстродействующих систем. В таких условиях с учётом обязательного привлечения схемы параллельной передачи и некоррелированного характера сигналов в отдельных каналах сразу же вытекают аддитивность и шумоподобность переходной помехи.

На входе приёмника сетевого интерфейса сигнал и помеха значительно отличаются от белого шума.

Неравномерность спектра сигнала определяется монотонным ростом затухания симметричного тракта по мере увеличения частоты с темпом fx, причём x близко к 0,5.

Шум также имеет «окрашенный» характер из-за монотонного падения переходного затухания на ближнем и дальнем концах с темпом fx, причём в реальных условиях 0,75 < x < 1,5 с тенденцией увеличения по мере роста частоты. Разнонаправленный характер изменения затухания и переходного затухания делает бесполезным восстановление плоского характера спектра сигнала на приёмном конце за счёт предыскажения из-за опережающего роста мощности переходной помехи.

Обычно неравномерность «сигнальной» и «шумовой» составляющих ACR при теоретическом анализе учитывается применением интегральной формы записи соотношения Шеннона в виде:

где: S(f) и N(f) — спектральные плотности сигнала и шума соответственно.

Степень ошибки от использования такой модели в открытой литературе не указана. Аналогичным образом неизвестны работы по обоснованию степени близости распределения переходной помехи к нормальному закону.

Серьёзным усложняющим фактором в процессе анализа становится то, что кабель как таковой не эксплуатируется в одиночку, а всегда работает в составе тракта. В последнем обязательно присутствуют разъёмные соединители. Установка соединителя неизбежно приводит к появлению в тракте неоднородности в цепи распространения сигнала, степень влияния которой на пропускную способность также неизвестна.

Цель данной работы состоит в попытке экспериментальной оценки величины той ошибки, которую даёт отличие от теоретических ограничений выражения (1).

Нельзя забывать также о том, что для оценки параметров кабельного изделия в профильных отечественных и зарубежных нормативных документах из соображений поддержания преемственности с более ранними подходами используется система аналоговых параметров. Между тем передача ведётся в цифровой форме, что потенциально способно наложить свой отпечаток на систему показателей качества функционирования проводной линии связи. Данный аспект также затронут в этой работе.

Обжим витой пары 8 жил (4 пары): схема цветов

Обжим витой пары на 8 жил происходит следующим образом:

Обжим витой пары на 8 жил

Снимите оболочку, внешние экраны и броню с кабеля. Лучшего всего, когда под рукой есть инструмент для резки оболочки кабеля — стриппер. Но если его нет, подойдет и канцелярский нож.

Разместить в порядке схемы цветов

Раскрутите пары, выпрямите жилы кабеля и разместите их в порядке схемы цветов на фото.

Обрежьте все проводники на длину, равную примерно ширине большого пальца от края оболочки кабеля.

Установите коннектор для витой пары.

Убедитесь, что все провода встали на свои места до конца, а кабельная оболочка входит в разъем.

Вставьте разъем в гнездо клещей для обжима

Вставьте разъем в гнездо клещей для обжима и плавным движением сожмите их рукоятки до упора.

Результат обжима витой пары на 4 пары (8 жил)

Использование скотч-лок для соединения витой пары

Для тех, кто всё же является фанатом скруток есть более современный вариант, чем просто скручивать между собой жилы. Называется он Скотчлок. Для работы не нужен никакой специфичный инструмент — только пассатижы.

Чтобы соединить Интернет кабель между собой — зачищаем его от общей изоляции с обеих сторон и раскладываем по цветам. В скотчлок заправляем жилы цвет-в-цвет. После того, как они заправлены, сверху одеваем колпачок соединителя и зажимаем пассатижами. Главное — без фанатизма. Тут задача не в том, чтобы раздавить Scotchlok, а в том, чтобы жилы хорошо вошли в ножевой контакт. Результатом будет сращеный сетевой кабель.

Эволюция Ethernet

С момента своего развития в начале 1970-х годов Ethernet постоянно развивался, чтобы удовлетворить растущие потребности локальных компьютерных сетей. Первоначально он использовал общий коаксиальный кабель в качестве среды связи, но перешел на неэкранированные двухточечные соединения типа «точка-точка», которые увеличили пропускную способность, а также перешли от локальных сетей (LAN) до глобальных сетей (WAN).

Стандартизация технологии IEEE в 1982 году вместе с появлением Всемирной паутины еще больше ускорили рост и последующее доминирование Ethernet в топографии сети. Медные носители, используемые для передачи Ethernet, также расширились до оптоволоконного и беспроводного транспорта для удовлетворения потребностей в полосе пропускания и расширения на этих растущих рынках.

На протяжении всей эволюции до 1 Гбит Ethernet восьмипозиционный разъем 8P8C был основой Ethernet-подключения. Этот замечательный медный разъем является прямым потомком модульных разъемов, разработанных Bell Laboratories в 1972 году для использования в приложениях телефонии. В сетевых приложениях его обычно называют разъемом Ethernet или RJ45.

Эти недорогие соединители подключаются к проводам с помощью простого одностадийного процесса смещения изоляции, который требует одного инструмента, гарантирующего, что качество соединения не зависит от квалификации оператора. Позолоченный плоский контакт между ножом и пружиной доказал свою высокую надежность в самых разных сложных условиях.

Следующим шагом на пути к более высокой производительности Ethernet является Ethernet 40 Гбит, описанный в стандарте IEEE 802.3ba, ратифицированном в 2010 году. Приложениям верхнего уровня часто требуется возможность объединять несколько каналов Ethernet 1 ГБ или 10 ГБ, что делает Ethernet 40 Гбит привлекательным вариантом.

Более новый интерфейс в гонке для поддержки 100Gb Ethernet — это разъем CXP. Он обеспечивает до 12 каналов 10 Гбит/с в пакете, немного превышающем QSFP +. Хотя CXP изначально разрабатывался для Infiniband, он поддерживает каналы 10 x 10 Гбит/с для 100 Гбит Ethernet.

Технические преимущества более низких скоростей на полосу движения могут быть уравновешены перегрузкой занимаемой площади печатной платы, которая является следствием большего количества дифференциальных пар. Этот медный разъем также будет ограничен относительно краткосрочными приложениями, хотя доступны активные сборки оптического кабеля CXP.

Учитывая десятикратный скачок скорости предыдущих итераций Ethernet, следующая логическая цель — 1TbEthernet, хотя некоторые предлагают более «скромный» скачок до 400 Гбит/с. Xilinx уже описал 28-нм ПЛИС, которая может поддерживать 400 Гбит Ethernet. Нет сомнений в том, что Ethernet во многих его формах будет продолжать создавать значительные технические проблемы, а также возможности для расширения соединителей в течение многих лет.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты проведённых экспериментов свидетельствуют о том, что:

  • переходная помеха как наиболее мощная помехо-вая составляющая не может считаться гауссовым белым шумом. При этом степень отличия такова, что при расчётах качественных показателей каналов связи сохраняется возможность в первом приближении пользоваться гауссовой моделью составляющих отношения сигнала к шуму;
  • относительно слабый характер отклонения шума и сигнала от белого определяет корректность применения интегральной формы соотношения Шеннона при выполнении инженерных расчётов;
  • «окрашенный» характер переходной помехи даёт возможность в случае выполнения соответствующей коррекции примерно на 15% увеличить скорость передачи по отношению к шенноновскому пределу для случая белого шума;
  • принятый IEEE в процессе нормирования характеристик симметричных кабельных трактов более чем 30-процентный запас по шенноновской пропускной способности представляется несколько завышенным. Имеющиеся превышения могут быть израсходованы на увеличение предельной протяжённости тракта, компенсацию эффектов старения, ошибок монтажа, эксплуатационных повреждений и иных аналогичных факторов;
  • система традиционных аналоговых передаточных параметров симметричного кабеля СКС вполне адекватна практике. На линиях небольшой протяжённости (менее 20 м) в обоснованных случаях следует учитывать эффекты резонансного взаимодействия отражений от концов;
  • на скорости передачи информации 1 Гбит/с и выше становится невозможным достижение хороших потребительских качеств электропроводной линии без предварительной отработки полноценной системы из кабеля и разъёмных соединителей.

1 Shannon С. A mathematical theory of communication. Bell system technology. J. — 1948. №3, р. 379-423, № 4, p. 623-656.

Cообщение об ошибке

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий