Кабелі на основі неекранованої скрученої пари

Мідний неекранований кабель UTP в залежності від електричних і механічних характеристик розділяється на 7 категорій. Кабелі категорій 1 і 2 були визначені в стандарті EIA/TIA-568, але в стандарт 568А вже не увійшли, як застарілі [1, 4, 12].

Кабелі категорії 1 застосовуються там, де вимоги до швидкості передачі мінімальні. Зазвичай це кабель для цифрової та аналогової передачі голосу і низької швидкості (до 20 Кбіт/с) передачі даних. До 1983 року це був основний тип кабелю для телефонного зв’язку.

Кабелі категорії 2 були вперше застосовані фірмою IBM при побудові власної кабельної системи. Головна вимога до кабелів цієї категорії - здатність передавати сигнали зі спектром до 1 Мгц.

Кабелі категорії 3 були стандартизовані в 1991 році, коли був розроблений Стандарт телекомунікаційних кабельних систем для комерційних будинків (EIA-568), на основі якого потім був створений діючий стандарт EIA-568A, Стандарт EIA-568 визначив електричні характеристики кабелів категорії 3 для частот у діапазоні до 16 МГц, що підтримують, таким чином, високошвидкісні мережеві додатки. Кабель категорії 3 призначений як для передачі даних, так і для передачі голосу. Крок скрутки проводів дорівнює приблизно 3 витки на 1 фут (30,5 см).

Кабелі категорії 4 - це поліпшений варіант кабелів категорії 3, які повинні витримувати тести на частоті передачі сигналу 20 МГц і забезпечувати підвищену завадостійкість і низькі втрати сигналу. Кабелі категорії 4 добре підходять для застосування в системах зі збільшеними відстанями (до 135 метрів) і в мережах Token Ring з пропускною спроможністю 16 Мбіт/с. На практиці використовуються рідко.

Кабелі категорії 5 були спеціально розроблені для підтримки високошвидкісних протоколів. Тому їх характеристики визначаються в діапазоні до 100 Мгц. Більшість нових високошвидкісних стандартів орієнтуються на використання скрученої пари категорії 5. На цьому кабелі працюють протоколи зі швидкістю передачі даних 100 Мбіт/с - FDDI (з фізичним стандартом TP-PMD), Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, а також більш швидкісні протоколи - ATM на швидкості 155Мбіт/с, і Gigabit Ethernet на швидкості 1000Мбіт/с (варіант Gigabit Ethernet на скручений парі категорії 5 став стандартом у червні 1999 р.). Кабель категорії 5 прийшов на заміну кабелю категорії 3, і сьогодні всі нові кабельні системи великих будинків будуються саме на цьому типі кабелю (разом з волоконно-оптичним).

Найважливіші електромагнітні характеристики кабелю категорії 5 мають такі значення:

- повний хвильовий опір у діапазоні частот до 100 Мгц дорівнює 100 Ом (стандарт ISO 11801 допускає також кабель із хвильовим опором 120 Ом);

- величина перехресних наведень NEXT в залежності від частоти сигналу повинна приймати значення не менше ніж 74 дБ на частоті 150 кГц і не менше ніж 32 дБ на частоті 100 Мгц;

- загасання має граничні значення від 0,8 дБ (на частоті 64 кГц) до 22 дБ (на частоті 100 МГц);

- активний опір не повинен перевищувати 9,4 Ом на 100 м;

- ємність кабелю не повинна перевищувати 5,6 нф на 100 м.

Всі кабелі UTP незалежно від категорії випускаються в 4-парному виконанні. Кожна з чотирьох пар кабелю має визначений колір і крок скрутки. Зазвичай дві пари призначені для передачі даних, а дві - для передачі голосу.

Для з’єднання кабелів з обладнанням використовуються вилки і розетки RJ-45, які є 8-контактними роз’ємами.

Особливе місце займають кабелі категорій 6 і 7. Для кабелю категорії 6 характеристики визначаються до частоти 200 Мгц, а для кабелів категорії 7 - до 600 - 700 Мгц. Кабелі категорії 7 обов'язково екрануються, причому як кожна пара, так і весь кабель в цілому. Кабель категорії 6 може бути як екранованим, так і неекранованим. Основне призначення цих кабелів - підтримка високошвидкісних протоколів на відрізках кабелю більшої довжини, чим кабель UTP категорії 5. Деякі фахівці сумніваються в необхідності застосування кабелів категорії 7, оскільки вартість кабельної системи при їх використанні виходить порівняною з вартістю мережі на основі волоконно-оптичних кабелів, а характеристики кабелів на основі оптичних волокон кращі.

 

Кабелі на основі екранованої кручений пари

Екранована кручена пари STP добре захищає сигнали від зовнішніх завад, а також менше випромінює електромагнітних коливань назовні, що захищає, у свою чергу, користувачів мереж від шкідливого для здоров’я випромінювання. Наявність екрана, що заземлюється, підвищує вартість кабеля та ускладнює його прокладку, оскільки вимагає виконання якісного заземлення. Екранований кабель застосовується тільки для передачі даних, а голос по ньому не передають [1, 4].

Основним стандартом, що визначає параметри екранованої скрученої пари є стандарт IBM. У цьому стандарті кабелі поділяються не на категорії, а на типи: Type 1, Type 2,..., Type 9.

Основним типом екранованого кабелю є кабель Type 1 стандарту IBM. Він складається з 2-х пар скручених проводів, екранованих провідною опліткою, яка заземляється. Електричні параметри кабелю Type 1 приблизно відповідають параметрам кабелю UTP категорії 5. Однак хвильовий опір кабелю Type 1 дорівнює 150 Ом (UTP категорії 5 має хвильовий опір 100 Ом), тому простого „поліпшення” кабельної проводки мережі шляхом заміни неекранованої пари UTP на STP Type 1 неможливо. Трансивери, розраховані на роботу з кабелем, що має хвильовий опір 100 Ом, будуть погано працювати на хвильовому опорі 150 Ом. Тому при використанні STP Type 1 необхідні відповідні трансивери. Такі трансивери є у мережевих адаптерах Token Ring, оскільки що ці мережі розроблялись для роботи на екранованій скрученій парі. Деякі інші стандарти також підтримують кабель STP Type 1 - наприклад, l00VG-AnyLAN та Fast Ethernet (хоча основним типом кабелю для Fast Ethernet є UTP категорії 5). У випадку якщо технологія може використовувати UTP і STP, потрібно дізнатись, на який тип кабелю розраховані трансивери. Сьогодні кабель STP Type 1 включений у стандарти EIA/TIA-568A, ISO 11801 і EN50173, тобто придбав міжнародний статус.

Екрановані скручені пари використовуються також у кабелі IBM Type 2, що представляє кабель Type 1 з додатковими двома парами неекранованого проводу для передачі голосу.

Для приєднання екранованих кабелів до обладнання використовуються роз’єми конструкції IBM.

Не всі типи кабелів стандарту IBM відносяться до екранованих кабелів - деякі визначають характеристики неекранованого телефонного кабелю (Type 3) і опто-волоконного кабеля (Type 5).

Волоконно-оптичні кабелі

Волоконно-оптичні кабелі складаються з центрального провідника світла (серцевини) ­– скляного волокна, оточеного іншим шаром скла (оболонкою), що володіє меншим показником переломлення, чим серцевина. Розповсюджуючись по серцевині, промені світла не виходять за її межі, відбиваючись шару оболонки, що її покриває. В залежності від розподілу показника переломлення і від величини діаметра серцевини розрізняють [1, 4, 17]:

- багатомодові волокно зі ступінчатою зміною показника переломлення (рис. 2 а);

- багатомодові волокно з плавною зміною показника переломлення (рис. 2 б);

- одномодове волокно (рис. 2 в).

Поняття “мода” описує режим поширення світлових променів у внутрішній серцевині кабелю. В одномодовому кабелі (Single Mode Fiber, SMF) використовується центральний провідник дуже малого діаметра, порівняного з довжиною хвилі світла – від 5 до 10 мкм. При цьому практично всі промені світла розповсюджуються уздовж оптичної осі світловода, не відбиваючись від зовнішнього провідника. Смуга пропущення одномодового кабелю дуже широка – до сотень гігагерц на кілометр. Виготовлення тонких якісних волокон для одномодового кабелю представляє складний технологічний процес, що робить одномодовий кабель досить дорогим. Крім того, у волокно такого маленького діаметра досить складно направити пучок світла, не втративши при цьому значну частину його енергії.

 

Рисунок 2 – Розповсюдження світла в оптичних кабелях

 

У багатомодових кабелях (Мulti Mode Fiber, MMF) використовуються внутрішні серцевини більшого діаметру, які легше виготовити технологічно. У стандартах визначені два найвживаніши багатомодових кабелі: 62,5/125 мкм і 50/125 мкм, де 62,5 мкм та 50 мкм – це діаметр центрального провідника, а 125 мкм – діаметр зовнішнього провідника.

У багатомодових кабелях у внутрішньому провіднику одночасно є кілька світлових променів, що відбиваються від зовнішнього провідника під різними кутами. Кут відображення променя називається модою променя. У багатомодових кабелях з плавною зміною коефіцієнта переломлення режим поширення кожної моди має більш складний характер.

Багатомодові кабелі мають більш вузьку смугу пропущення - від 500 до 800 МГц/км. Звуження смуги відбувається через втрати світлової енергії при відбитті, а також внаслідок інтерференції променів різних мод.

Як джерела випромінювання світла у волоконно-оптичних кабелях застосовуються:

- світлодіоди;

- напівпровідникові лазери.

Для одномодових кабелів застосовуються тільки напівпровідникові лазери, оскільки при такому малому діаметрі оптичного волокна світловий потік, який створюється світлодіодом, неможливо без значних втрат направити у волокно. Для багатомодових кабелів використовуються дешевші світлодіодові випромінювачі.

Для передачі інформації застосовується світло з довжиною хвилі 1550 нм, 1300 нм та 850 нм. Світлодіоди можуть випромінювати світло з довжиною хвилі 850 нм і 1300 нм. Випромінювачі з довжиною хвилі 850 нм істотно дешевше, ніж випромінювачі з довжиною хвилі 1300 нм, але смуга пропускання кабелю для хвиль 850 нм дорівнюватиме 200 МГц/км замість 500 МГц/км. Лазерні випромінювачі працюють на довжинах хвиль 1300 і 1550 нм. Швидкодія сучасних лазерів дозволяє модулювати світловий потік з частотами 10 ГГц і вище. Лазерні випромінювачі створюють когерентний потік світла, за рахунок чого втрати в оптичних волокнах стають менші, ніж при використанні некогерентного потоку світлодіодів.

Використання тільки декількох довжин хвиль для передачі інформації в оптичних волокнах пов’язано з особливістю їх АЧХ. Саме для цих дискретних довжин хвиль спостерігаються яскраво виражені максимуми передачі потужності сигналу, а для інших хвиль загасання у волокнах істотно вище.

Волоконно-оптичні кабелі приєднують до обладнання роз’ємами MIC, ST і SC.

Волоконно-оптичні кабелі мають відмінні характеристики всіх типів: електромагнітними, механічними (добре гнуться, а у відповідній ізоляції володіють гарною механічною міцністю). Однак у них є один серйозний недолік ­– складність з’єднання волокон з роз’ємами і між собою при необхідності нарощування довжини кабелю. Вартість волоконно-оптичних кабелів ненабагато перевищує вартість кабелів на основі скрученої пари, однак проведення монтажних робіт з оптичним волокном обходиться набагато дорожче через трудомісткість операцій і високої вартості застосовуваного монтажного обладнання. Так, приєднання оптичного волокна до роз’єму вимагає проведення високоточної обрізки волокна в площині строго перпендикулярній осі волокна, а також виконання з’єднання шляхом складної операції склеювання, а не обтиснення, як це робиться для скрученої пари. Виконання ж неякісних з’єднань відразу різко звужує смугу пропущення волоконно-оптичних кабелів.

 

Коаксіальні кабелі

Є велика кількість типів коаксіальних кабелів, які використовуються у мережах різного типу - телефонних, телевізійних і комп’ютерних. Нижче приводяться основні типи і характеристики цих кабелів.

- RG-8 і RG-11 - „товстий” коаксіальний кабель, розроблений для мереж Ethernet l0Base-5. Має хвильовий опір 50 Ом і зовнішній діаметр 0,5 дюйма (близько 12 мм). Цей кабель має досить товстий внутрішній провідник діаметром 2,17 мм, що забезпечує гарні механічні та електричні характеристики (загасання на частоті 10 Мгц - не гірше 18 дБ/км). Проте цей кабель складно монтувати - він погано гнеться.

- RG-58/U, RG-58 A/U і RG-58 C/U - різновиди „тонкого” коаксіального кабелю для мереж Ethernet Base-2. Кабель RG-58/U має суцільний внутрішній провідник, а кабель RG-58 A/U - багатожильний. Кабель RG-58 C/U проходить „військове приймання”. Усі ці різновиди кабелю мають хвильовий опір 50 Ом, але мають гірші механічні та електричні характеристики порівняно з „товстим” коаксіальним кабелем. Тонкий внутрішній провідник 0,89 мм не такий міцний, але має набагато більшу гнучкість, зручний при монтажних роботах. Загасання в цьому типі кабелю вище, ніж у „товстому” коаксіальному кабелі, що приводить до необхідності зменшувати довжину кабелю для одержання однакового загасання в сегменті. Для з’єднання кабелів з обладнанням використовується роз’єм типу BNC.

- RG-59 - телевізійний кабель з хвильовим опором 75 Ом. Широко застосовується в кабельному телебаченні.

- RG-62 - кабель з хвильовим опором 93 Ом, використовувався в мережах ArcNet, обладнання для яких сьогодні практично не випускається. Коаксіальні кабелі з хвильовим опором 50 Ом (тобто „тонкий” і „товстий”) описані у стандарті EIA/TIA-568. Новий стандарт EIA/TIA-568A коаксіальні кабелі не описує, як морально застаріли [1].

 

Обтиск скрученої пари

Для під’єднання кабеля до пристроїв використовується RJ-45 конектор. Необхідно звертати увагу на тип конектора: він повинен відповідати типу кабелю. Існують два типи конекторів RJ-45 для щільного кабелю і м'якого скрученого кабелю. Вико­ристовуйте правильний конектор, щоб уникнути проблем при обтиску і подальшому використовуванні кабелю.

Обтисковий інструмент. Модель інструменту повинна мати пару ножиць для різання кабелю і леза для зняття ізоляції, також не зайвим є можливість обтиску конекторів RJ-11 (рис. 3).

Вибір типу кабелю

Нагадаємо, що, що звичайно в комп'ютерних мережах вико­ристовуються такі типи мережевого кабелю — Crossover ("нуль-хабний") і Straight-through (пря­мий). Відрізняються вони схемою обтиску кінців кабелю. Так, в пря­мому кабелі обидва кінці обтискуються згідно одного й того ж стандарту EIA/TIA-568В або EIA/TIA-568А. Тобто, сигнал передаєть­ся з одного кінця на іншій, а саме з 1-го контакту на 1, 2-2, 3-3, і т.д. В Crossover- кабелі – один кінець обтискується згідно стандарту EIA/TIA-568А, а інший — EIA/TIA-568В. Стандарти відрізняються тим, що помаранчева та зелена пари міняються місцями. Деталь­ніше схема обтиску наведена нижче.

Вибір типу кабелю залежить від того, які мережні пристрої з’єднує кабель. Так всі мережні пристрої можна умовно поділити на три категорії:

1. Комп’ютери, сервери, тощо.

2. Повторювачі, концентратори, мости, комутатори.

3. Маршрутизатори.

Пристрої одного рівня з’єднуються між собою Crossover- кабелем, а різних рівнів — прямим. Так, для з’єднання комп’ютер—концентратор, комп’ютер—комутатор, комп’ютер—маршрутизатор, комп'ютер—DSL/ISDN/кабельний модем, а також маршрутизатор—концентратор або маршрутизатор—комутатор слід вико­рис­товувати прямий кабель. Для з’єднання комп’ютер—комп’ютер напряму, кон­центратор—концентратор або концентратор—комутатор слід вико­ристо­ву­вати Crossover- кабель.