Витая пара: пропускная способность, характеристики, назначение

Виды, устройство и способы экранирования витой пары

Разобравшись, что такое витая пара, перейдем к изучению ее видов и устройства.

Виды кабеля по числу медных жил:

• Одножильный (монолитный) – каждый провод состоит из одной цельной проволоки, толщиной 0,3-0,6 мм или 20-26 AWG. Такие кабеля легко ломаются, поэтому пригодны только для прокладки внутри стенных панелей и монтажных коробов.
• Многожильный – провода состоят из пучков тончайших жил. Такой кабель не ломается при сгибании и скручивании, и используется для подвижных соединений между устройствами. Имеет более высокий уровень затухания сигнала, чем одножильный, поэтому его максимальная длина не должна превышать 100 м.

Многожильная витая пара

По способу экранирования – наличия защиты от э/м наводок:

• UTP (U/UTP) – витая пара неэкранированная (без защиты).
• FTP (F/UTP) – витая пара фольгированная – имеет одну общую оболочку из фольги.
• STP (S/UTP) – витая пара экранированная – один общий экран в виде металлической оплетки.
• S/FTP (SF/UTP) – фольгированный кабель с добавочным экраном из оплетки.
• U/FTP – кабель с индивидуальным экранированием каждой скрутки оболочкой из фольги.
• S/FTP – отдельное экранирование каждой скрутки плюс металлическая оплетка.
• F/FTP – отдельное экранирование каждой скрутки плюс общий для всех жил экран из фольги
• SF/FTP – отдельное экранирование каждой скрутки плюс общий экран из оплетки и фольги.

Витая пара SF/FTP

Чтобы было понятнее, приведем расшифровку буквенного кода экранирования:

• U – экрана нет;
• F – фольга;
• S – оплетка.

По цветам оболочки и области применения:

внешняя витая пара со стальным тросом

Внутренняя витая пара

Витая пара для пожароопасных зон

По форме поперечного среза:

• Круглый – универсальный;
• Плоский – для монтажа под обоями или ковролином, такие кабеля более подвержены помехам, чем круглые.

Типы проводов WAN

Вам будет интересно:Срок службы SSD-диска, и как его продлить. Рейтинг SSD-дисков по надежности

Различают два типа витых пар — неэкранированная (UTP) и экранированная (STP). UTP выполнена из медных проводов с цветовой кодировкой, но не содержит оплетки в качестве изолятора для защиты от помех. Проволочные пары в каждом кабеле имеют различное количество скручиваний на метр. Существуют разные категории UTP.

STP выполнена из пар медных проводов, которые скручены вместе. Пары покрыты фольгой или плетеной сеткой, а также внешней оболочкой из ПВХ. Эта фольга или сетка предотвращает проникновение электромагнитных помех и устраняет перекрестные помехи.

Экран должен быть заземлен, чтобы фольга или плетеная сетка не становились магнитом для электричества. Скручивание проводов уменьшает влияние шума или внешних помех. Количество витков на единицу длины будет определять качество кабеля, а больше поворотов означает лучшее качество.

STP менее чувствительна к шуму по сравнению с UTP и поэтому уменьшает перекрестные помехи. Недостатки STP — он обязан быть правильно заземлен и дороже, чем UTP.

Преимущества витой пары:

Используется для передачи, как аналоговых. так и цифровых данных.
Относительно легко реализуется .
Самый дешевый способ передачи на короткие расстояния.
Если часть кабеля повреждена, это не влияет на всю сеть.

Недостатки витой пары:

Предлагает плохую помехоустойчивость, в результате искажение сигнала больше.
Затухание очень высокое.
Поддерживает более низкую пропускную способность по сравнению с другими средами.
Обеспечивает скорость 10 Мбит/с до 100 м.
Обеспечивает очень плохую безопасность и относительно прост в использовании.
Будучи тонкими по размеру, они могут быть легко повреждены.

Материал проводников.

Проводники в парах изготавливают из меди, алюминия и биметалла (омедненный алюминий). Изначально материалом проводника была исключительно медь. Однако у меди есть недостаток — это высокая стоимость, в связи с этим на рынке и появилась алюминиевая, а позже и биметаллическая витая пара, которая стоит дешевле медной. Но выгодна ли подобная экономия в долгосрочной перспективе? Чтобы получить качественную и долгосрочно работающую сеть, а тем более пройти сертификацию, возможно лишь при использовании медных проводников.

Таблица значений AWG для одножильных кабелей.

Виды жил кабелей витая пара

Жилы витых пар в lan кабелях бываю двух видов, из одиночного проводника и многожильные. Диаметр жил в одножильных витых парах составляет 0,51 мм. Кабели с одножильными проводниками применяют для монтажа сетей в коробах, кабель — каналах и по стенам. К тому же его легче монтировать в коммуникационных приборах.

С многожильными проводниками кабель применяют только там, где он может подвергаться частым изгибам, например, соединять компьютер с розеткой стандарта RJ, их еще называют патч-кордами. Затухание сигнала в кабеле из многожильных витых пар больше, чем у кабеля, сделанного из одножильных проводников. Для обжатия многожильных витых пар нужны специальные коннекторы 8P8C стандарта . Они отличаются тем, что зубцы в ламелях разведены в стороны, как у пилы.

Конструкция витопарного кабеля

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 патчкордов 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 также 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.

Физические различия

Итак, какие же физические параметры кабеля помогают устранить помехи и увеличить скорость передачи данных? Все дело в изоляции и том том факте, что проводники кабеля попарно свиты. Свивание проводников было изобретено Грэхемом Беллом в 1881 году, именно он впервые применил эту технику к телефонным проводам, пролегающим вдоль линий электропередач. Он обнаружил, что при свивании кабеля через каждые 3-4 столба, значительно уменьшаются помехи, а дальность передачи сигнала возрастает. Витая пара стала основой для всех Ethernet-кабелей, это позволило сократить влияние внутренних перекрестных помех и перекрестных наводок от внешних источников.

Два главных физических различия между кабелями Cat-5 и Cat-6 – это количество витков витой пары на единицу длины и толщина оплетки.

Длина витка нестандартизирована, но обычно у категории Cat-5(e) 1.5-2 витка на сантиметр, а у категории Cat-6 количество витков больше 2. Внутри одного кабеля, каждая цветная пара также обладает различной длиной витка, основанной на простых числах. Длины витков подобраны таким образом, чтобы два различных витка никогда не совпадали. Количество витков на каждую цветную пару обычно уникально для каждого производителя. Как можно видеть на картинке выше, на 1 дюйм у каждой цветной пары приходится разное количество витков.

Во многих кабелях категории Cat-6 имеется нейлоновая нить, которая упрощает разделку кабеля и увеличивает прочность кабеля. Хотя нить является необязательной в Cat-5, но некоторые производители все равно добавляют ее. В кабеле Cat-6 нить также необязательна до тех пор, пока кабель проходит тесты стандарта. На картинке выше только кабель Cat-5e содержит нейлоновую нить.

В то время как нейлоновая нить увеличивает прочность кабеля, более толстая оплетка защищает от близких наводок и внешних перекрестных наводок, влияние которых увеличивается с увеличением частоты. На картинке кабель Cat-5e обладает оплеткой, тоньше чем у других, и только лишь у него имеется нейлоновая нить.

Стандартизация интернет-кабелей

Вам будет интересно:Витая пара: пропускная способность, характеристики, назначение

Канал о подготовке к экзаменам
Подпишись, чтобы не пропустить новые видео и самостоятельно подготовиться к ОГЭ и ЕГЭ

https://www.youtube.com/embed

Витая пара состоит из двух медных проводов толщиной около 1 мм. Они закрыты индивидуально пластиковой изоляцией и скручены в спиральную форму. Полиэтилен, поливинилхлорид, полимерная смола и тефлон являются веществами, которые используются в целях защиты.

Цель скручивания — уменьшить электрические помехи в окружающей среде. Производительность или пропускная способность витой пары улучшается с увеличением количества скруток на длину. Если два провода расположены параллельно, и в них создаются электромагнитные помехи, например, от близко расположенного электродвигателя, то они возникают в проводе, находящемся ближе к источнику шума, что приводит к более высокому уровню напряжения в одном, чем в другом.

Вам будет интересно:Компьютер с «Алиэкспресса»: как выбрать, как заказать и получить

Стандартизация таких кабелей выполняется согласно международным требованиям ISO / IEC JTC1 / SC25 / WG3, а так же таких организаций, как TIA / EIA — Ассоциация телекоммуникационной промышленности в США.

Основные категории кабелей:

• 3 (10BaseT);
• 4 (10BaseT 16.0 Мбит/с);
• 5 (10BaseT, Token-Ring 16.0 Мбит с и TPD 100.0 Мбит/с);
• 5e (тип R развился до ширины полосы 100.0 МГц);
• 6 (для ширины полосы 200 МГц);
• 7 (пропускная способность витой пары 600 МГц).

Сравнивают их в соответствии с перекрестными помехами, то есть потерями части энергии сигнала из-за близости другой цепи и ее затухания.

Сравнение проводов Ethernet

Cat5e и Cat6 — это два разных кабеля Ethernet, классифицированных по стандартным категориям. «Cat» относится к «Категории кабеля», а термины «5e» и «6» относятся к разным стандартам.

Кабель Cat5e является улучшенной версией Cat5 с повышенной пропускной способностью витой пары 5е. Унаследовав конструкцию и полосу пропускания 100 МГц своего предшественника, Cat5e повышает производительность, вводя оптимизированные спецификации скорости передачи данных и защиты от перекрестных помех. Он передает данные в 10 раз быстрее, чем кабель Cat5, до 1000 Мбит/с. Он поддерживает Gigabit Ethernet и часто используется в домашней сети с различной длиной и исходной проводкой.

Кабель Cat5e и Cat6 совместно используют общие разъемы кабеля RJ45 и особенность конструкции медных проводов витой пары. Они представляют собой совершенно разные стандарты кабеля Ethernet. Кабель Cat5e RJ45 имеет более низкий уровень производительности передачи, а Cat6 (кабель) RJ45 оптимизирован с полосой пропускания 250 МГц, более высокой скоростью передачи данных и более устойчивой к перекрестным помехам и шуму. Следующий отрывок будет посвящен иллюстрации их функциональных различий.

Вам будет интересно:Разгон FX-4300. Порядок действий, рекомендации и возможный прирост быстродействия

Оба Cat5e и Cat6 состоят из 4 медных проводов витой пары с продольным разделителем для их изоляции. Эта конструкция может уменьшить электромагнитный интерфейс между различными проводами. По сравнению с Cat5e, обеспечивая равные перекрестные помехи на дальнем конце (FEXT), возвратные потери и вносимые потери, Cat6 имеет более низкие перекрестные помехи на ближнем конце (NEXT). Проще говоря, кабель Cat6 имеет высокое SNR (коэффициент шума сигнала), который обеспечивает меньше шума, меньше ошибок и более высокую скорость и максимальная пропускная способность витой пары при передаче сигнала.

Основные характеристики UTP кабеля

Если полистать технический словарь и найти кабель utp что это, то можно выяснить что с английского языка эта аббревиатура переводится как «неэкранированная витая пара». Такой кабель подразумевает завивку его отдельных жил между собой и объединение их в пары по две штуки. Делается это с вполне обоснованными техническими целями. Скрученные между собой проводники менее подвержены воздействию внешних помех. Собственно поэтому кабель ЮТП используется для передачи данных.

Чаще всего используются шнуры с 8 проводами, т.е. 4 пары. Их подробное описание можно найти на бухте, в которой они продаются. Такие кабели можно встретить в жилых домах в качестве линии для сети Интернет. Однако этот форм-фактор является далеко не единственным. В одном кабеле может содержаться от 2 до 50 пар витых проводников. Отдельные жилы имеют индивидуальную изоляцию толщиной 0,2 мм. Сами провода сделаны из монолитной медной проволоки диаметром 0,4-0,6 мм. Существует и гибкий ютипи кабель. В нём одна жила состоит из множества более мелких проводников. Такой кабель получается более пластичным, удобным и износостойким, поэтому он может справляться с механической раскачкой от ветра или прочих внешних усилий.

Дополнительная информация. Следует избегать многократных перегибов монолитного кабеля в одном и том же месте. Периодическое воздействие способно надломить жилу. В дальнейшем отыскать обрыв под 2-3 слоями изоляции будет крайне проблематично.

Каждая пара проводников отличается уникальным сочетанием цветов. Т.е. в любом кабеле будет только одна бело-синяя или чёрно-зелёная группа. Сделано это для того, чтобы различать провода между собой, ведь это необходимо для правильного их подключения. Всего в маркировке используется 10 цветов, благодаря которым кабель проще обжать в штекере для подключения к ПК или прочим сетевым устройствам.

Коннектор RJ-45

Весь массив жил снаружи имеет общую изоляцию серого или белого цвета толщиной 0,5-0,9 мм (для 4-х парных кабелей). Чаще всего она изготовлена из поливинилхлорида, однако в более качественных и дорогих марках может использоваться полиэтилен или полипропилен. Выделяются и кабели с защитным покрытием, препятствующим прониканию влаги или горению. Дополнительно внутри может быть капроновая разрывная нить. Она предназначена для более удобной разделки кабеля. Также, ввиду прочностных свойств капрона, разрывная нить выполняет защитную функцию и препятствует растяжению и разрыву жил.

Цветовая маркировка UTP

Тестирование витых пар

В современных телекоммуникационных установках кабель с витыми парами большого количества становится все более распространенным в конструкциях основного кросс-коммутатора и промежуточного кросс-коммутатора. В результате 100-парные, 300-парные и более высокие пары являются общими для основного и вспомогательных каналов. Эти кабели большого количества обычно содержат связующие с цветовой кодировкой, которые идентифицируют отдельные 25-парные пучки.

Иногда эти связующие могут быть неправильно перенаправлены в их соответствующие позиции на блоке. Кроме того, связующие могут быть ошибочно обрезаны, если кабель неправильно разорван, поэтому потребуется их протестировать.

Алгоритм операции:

Перед тем как проверить пропускную способность витой пары отсоединяют и обрезают один конец кабеля и пропускают тональный сигнал через каждый 25-пар кабеля с помощью тон-генератора и однопарного перекрестного провода.
Сокращают первую пару первого комплекта из 25 пар тупой стороной ударного лезвия. Это предотвратит перерезание поперечной проволоки. Затем переходят ко второй паре второго комплекта, третьей паре третьего комплекта и дальше аналогично пока все 25-парные комплекты не будут перекрестными.
Переходят к противоположному концу кабеля с помощью индуктивного усилителя и находят тональный сигнал. Если все пучки правильно пропущены через поле блока, тон должен перемещаться по этому полю в том порядке, в котором была обрезана тестовая перекрестная линия.
На 110-проводном блоке можно одновременно протестировать до 600 кабелей с витой парой, не используя один и тот же пакет из 25 пар дважды.

Что собой представляет витая пара

Витая пара — специальный кабель, который состоит из одной или более пар медных проводов в защитной оболочке, скрученных между собой с определенным шагом. Если в кабеле несколько пар, шаг их скрутки разный. Это позволяет уменьшить влияние проводников друг на друга. Используется витая пара для создания сетей передачи данных (Интернет). Кабель подключается к устройствам через специальные коннекторы, которые вставляются в стандартизованные разъемы оборудования.

Набор инструментов, которыми пользуются профессионалы

Виды и типы

Витая пара может быть защищенной и нет. Защищенная пара имеет экраны из алюминиевой фольги или оплетки. Защита может быть общей — на кабель — и попарной — на каждую пару отдельно. Для прокладки в помещениях можно брать неэкранированный кабель (маркировка UTP) или с общим экраном из фольги (FTP). Для прокладки на улице лучше брать еще с дополнительной металлической оплеткой (SFTP). Если по трассе витая пара идет параллельно с электрическими кабелями, имеет смысл взять кабель с защитой каждой пары (STP и S/STP).  Благодаря двойному экрану длина такого кабеля может быть более 100 м.

Витая пара — кабель, который используют для подключения проводного интернета

Еще есть витая пара многожильная и одножильная. Одножильные провода хуже гнутся, но имеет лучшие характеристики (сигнал можно предавать на большие расстояния) и лучше переносят обжим. Их используют при подключении интернет-розеток. В этом случае кабель фиксируется при монтаже и затем почти не изгибается.

Многожильная витая пара хорошо гнется, но имеет большее затухание (хуже проходит сигнал), ее проще прорезать при обжиме, сложнее вставить в коннектор. Используется там, где важна гибкость — от интернет-розетки до оконечного устройства (компьютера, ноутбука, роутера).

Выбор категории и защитной оболочки

И еще немного о категориях. Для подключения к интернету нужна витая пара категории не ниже CAT5 (можно CAT6 и CAT6a). Эти обозначения категории выбиты на защитной оболочке.

чтобы провести Интернет, витую пару надо покупать определенных категорий

И несколько слов о цвете защитной оболочки и форме кабеля. Чаще всего встречается серая витая пара, но есть и оранжевая (ярко-красная). Первый вид — обычная, второй — в оболочке, не поддерживающей горение. Негорючую витую пару имеет смысл использовать в деревянных домах (на всякий случай), но особой необходимости в этом нет.

По форме витая пара может быть круглой или плоской. Круглая витая пара используется практически везде, а плоская нужна только при прокладке по полу. Хотя никто вам не мешает пустить ее под плинтусом или в специальном плинтусе с кабель-каналом.

Количество пар

В основном витая пара выпускается из 2 пар (4 провода) и  4 пар (8 проводов). По современным стандартами при скорости до 100 Мб/сек можно использовать двухпарные кабели (четыре провода). При скорости от 100 Мб/сек до 1 Гб/сек нужны 4 пары (восемь проводов).

Лучше сразу брать кабель на 8 проводов…чтобы не пришлось перетягивать

В настоящее время скорость передачи данных при Интернет соединении для частных домов и квартир не превышает 100 Мб/сек, то есть можно брать витую пару из 4 проводов. Но ситуация меняется настолько быстро, что нет гарантии, что через несколько лет порог в 100 Мб/сек будет превышен, а значит, придется перетягивать кабель. Собственно, уже сейчас есть тарифы со скоростью 120 Мбит/сек и выше. Так что лучше все-таки сразу тянуть 8 проводов.

Заключение

Описанные в статье проблемы не являются обязательными к приобретению. Возможно, найдётся человек, который скажет: «Я вот в своих проектах всё время применяю исключительно омедненную витую пару категории 5Е и проблем не знаю». Разумеется, большую роль играет качество исполнения, условия эксплуатации, периодический контроль и своевременное обслуживание. Однако, остается еще необходимость использовать PoE, а для такой ситуации использование медной витой пары категории 6 является более перспективным решением.

Возможная экономия при использовании дешевой омедненной витой пары носит достаточно специфический характер. Если речь идет о крупномасштабных проектах уровня Enterprise для бизнеса, критичного к ИТ — разумнее использовать высококачественную медную пару от проверенных, хорошо зарекомендовавших себя производителей. Если речь идёт о малых сетях, то экономия на витой паре, особенно в условиях «приходящего админа» выглядит довольно сомнительно. Иногда бывает лучше переплатить за качественный кабель, чтобы снять потенциальные проблемы, повысить надежность, расширить диапазон возможностей (PoE) и снизить стоимость обслуживания.

Благодарим наших коллег из компании NeoNate за помощь в создании материала.

Приглашаем в наш телеграмм канал и на форум. Поддержка, консультации по выбору оборудования и просто общение профессионалов. Добро пожаловать!

Хотите стать партнером Zyxel? Начните с регистрации на нашем партнерском портале.