Неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair) UTP

Лабораторная работа №4

Изучение физической среды передачи

Физическая среда (физический материал) распространения сигнала – передачи информации:

• витая пара;
• многожильный кабель;
• коаксиальный кабель;
• волоконно-оптический кабель;
• радиоканал;
• инфракрасный канал;
• микроволновый канал.

При выборе физической среды учитывают показатели:

o стоимость монтажа и обслуживания;

o скорость передачи информации;

o ограничения на величину расстояния передачи информации без дополнительных усилителей;

o безопасность передачи данных.

Главная проблема – одновременное обеспечение этих показателей. Например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.

Характеристика различных типов физической среды ЛВС – в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристики типов физической среды ЛВС

		Тип физической среды
	Показатели	Витая пара	Многож. кабель	Коаксиальный кабель	ВО линия	Радио линия
	Скорость передачи, Mbps	до 10	300 - 500	до 10	до 1000	до 20000
	Дальность передачи по одному сегменту, км	0,01-0,1	до 300	до 2,5	до 200	до 20
	Типичное число узлов в сети	10-100	сотни на канал	до 100	2 кольцевые точки	-
	Сложность соединения	низкая	высокая	средняя	очень высокая	низкая
	Помехозащищенность	средняя	высокая	очень высокая	высокая	высокая

Сетевой кабель

Топология сети предполагает ряд условий и ограничений, например, она диктует тип кабеля и способ его прокладки.

Подавляющая часть компьютерных сетей использует для соединения кабели. Они используются в качестве физической среды передачи сигналов между компьютерами.

В большинстве сетей применяются три группы кабелей:

o коаксиальный кабель;

• витая пара;
• оптоволоконный кабель.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель (от латинского co - совместно и axis - ось), представляет собой два соосных гибких металлических цилиндра, разделенных диэлектриком – рис. 5.

1 – центральный провод (жила) 2 – изолятор центрального провода 3 – экранирующий проводник (экран) 4 – внешний изолятор и защитная оболочка

Рис. 5 – Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель состоит из медной жилы, изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки.

Кабель может иметь дополнительный экран (слой фольги или внешняя металлическая сетка).

Медная жила представляет собой один провод или пучок проводов. Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Оплетка играет роль экрана (заземляется) и защищает жилу от электрических шумов и перекрестных помех.

Перекрестные помехи – электрические наводки, вызванные сигналами в соседних проводах.

Коаксиальный кабель помехоустойчив, затухание сигнала в нем невелико.

Затухание – уменьшение величины сигнала при его перемещению по кабелю.

Рис. 6 – Затухание сигнала в кабеле

В ЛВС используются два типа коаксиальных кабелей:

o тонкий;

• толстый.

Тонкий коаксиальный кабель – гибкий кабель диаметром около 0,5 см. Способен передавать сигнал на расстояние до 185 м без его заметного затухания.

Волновое сопротивление кабеля 50 Ом. Волновое сопротивление – сопротивление переменному току

,

где L – погонная индуктивность кабеля; C – погонная емкость.

Формулы для расчета волнового сопротивления Z и задержки распространения сигнала t в коаксиальной линии, заполненной диэлектриком с диэлектрической постоянной e:

; [нс/см],

где D – внутренний диаметр экрана; d - диаметр центрального проводника.

Кодировки тонких коаксиальных кабелей – в таблице 2.

Таблица 2 – Кодировка тонких коаксиальных кабелей

RG58 /U	– сплошная медная жила
RG58 A/U	– переплетенные провода
RG58 C/U	– военный стандарт для RG58 A/U
PK50	– отечественный аналог

Кабель RG58 способен передавать данные на скорости 10 Mbps на расстояние до 185 м. Кабель RG58 позволяет реализовать топологии шина и кольцо, и до последнего времени был самым распространенным при построении сетей.

Тонкий коаксиальный кабель подключается к BNC (Bayonet Naval Connector) разъему сетевого адаптера.

Байонетный разъем – фиксация вилки в розетке осуществляется подпружиненной байонетной гайкой. Принцип байонетной фиксации применяется в некоторых типах разъемов для коаксиальных кабелей и в оптических разъемах ST.

Для подключения кабеля используют BNC T-коннектор и BNC-коннекторы.

Разъемы Thin Ethernet

Розетка
Разъем, расположенный на сетевой карте

Вилка прямая

на коаксиальный кабель
Разъем под пайку (типа СР-50-74-ПВ)
Разъем на кабель обжимной. Требуется специальный инструмент (crimping tool).
Разъем на кабель навинчивающийся (twist-on). Инструмент для установки не требуется

Схемы подключения разъемов:

T-Connector (Tee Adapter)

T-Connector предназначен для подключения устройств к сегменту сети на основе 10 Base-2 (тонкий Ethernet).

При отключении устройства Т-коннектор необходимо оставлять в сети, чтобы не нарушать ее работоспособность. Или заменять Т-коннектор на прямой соединитель (I-connector).

Переходы прямые

barrel-connector/I-connector

bulk-head connector

Переходы прямые предназначены для соединения сочленяющихся частей двух соединителей с одинаковыми или разными присоединительными размерами, когда непосредственное механическое их соединение неосуществимо или непосредственное электрическое соединение нежелательно.

Применяется для соединения двух кусков коаксиального кабеля с расположенными на концах разъемами. А также для организации подвода коаксиального кабеля к рабочему месту, что бы избежать случайного обрыва или нежелательного перегиба основного провода.

Для соединения двух кусков коаксиального кабеля можно также использовать Т-коннектор.

Толстый коаксиальный кабель – относительно жесткий кабель с диаметром около 1 см. Медная жила кабеля толще, чем у тонкого коаксиального кабеля и, следовательно, сопротивление меньше. Поэтому толстый коаксиальный кабель передает сигналы дальше, чем тонкий, – до 500 м.

Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяют специальное устройство – трансивер. Трансивер снабжен специальным коннектором, который “прокусывает” изоляционный слой и осуществляет контакт с проводящей жилой. Подключается к AUI коннектору сетевого адаптера (DIX коннектор или DB-15).

Толстый коаксиальный кабель в настоящее время практически не применяется.

Twisted Pair 10BaseT

Витая пара

Витая пара – два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода.

Скрутка проводов позволяет избавиться от электрических помех, наводимых соседними парами и другими источниками.

Существует два вида витых пар:

o неэкранированная витая пара (UTP – unshielded twisted pair);

• экранированная витая пара (STP – shielded twisted pair).

Неэкранированная витая пара позволяет передавать сигнал на расстояние до 100 м.

Обычно несколько витых пар помещают в общую изоляционную оболочку.

Неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair) UTP

Кабель "Twisted Pair" – "Витая пара", состоит из "пар" проводов, закрученных вокруг друг друга и одновременно закрученных вокруг других пар, в пределах одной оболочки. Каждая пара состоит из провода, именуемого "Ring" и провода "Tip". (Названия произошли из телефонии). Каждая пара в оболочке имеет свой номер, таким образом, каждый провод можно идентифицировать как Ring1, Tip1, Ring2, Tip2, ... .

Дополнительно к нумерации проводов каждая пара имеет свою уникальную цветовую схему:

· синий/белый для 1-ой пары,

• оранжевый/белый – для 2-й,
• зеленый/белый – для 3-й,
• коричневый/белый – для 4-й

и так далее 25 пар.

Для каждой пары проводов Ring-пpовод окрашен в основной цвет с полосками дополнительного, а Tip-пpовод – наоборот. Hапpимеp, для пары 1 Ring1-пpовод будет синий с белыми полосками, а Tip1-провод - белый с синими полосками. На практике, когда количество пар невелико (4 пары), часто применяется окраска основного провода полосками дополнительного цвета. В этом случае провода имеют цвет в парах: синий и белый с синими полосками, оранжевый и белый с оранжевыми полосками, зеленый и белый с зелеными полосками, коричневый и белый с коричневыми полосками.

Для обозначения диаметра провода часто применяется американская мера – AWG (American Wire Gauge) (gauge-калибр, диаметр). Нормальный провод для использования в 10 Base-T соответствует 22 или 24 AWG. Причем, чем меньше диаметр провода, тем больше эта величина.

Согласно стандартам, кабели делятся на несколько категорий по своей "пропускной способности" – таблица 3.

Таблица 3 – Категории кабелей «витая пара»

ANSI/EIA/TIA-568, ISO/IEC 11801
Тип кабеля	Область применения
Category 1 (Cat.1)	Используется для телефонных коммуникаций и не подходит для передачи данных
Cat.2	Кабель из четырех витых пар. Используется для передачи данных со скорость до 4 Mbps включительно.
Cat.3	Кабель из 4-х витых пар, примерно 9 витков на 1м. Скорость передачи данных до 10 Mbps включительно. Применяется в сетях 10Base-T
Cat.4	4 пары. Используется для передачи данных со скорость до 16 Mbps включительно. Применяется в сетях Token Ring
Cat.5	4 пары. Используется для передачи данных со скорость до 100 Mbps включительно. Применяется в сетях 100Base-TX и других, требующих такую скорость.

Предварительные (draft) стандарты
Тип кабеля	Область применения
Cat.5+	Сертифицирован для частоты до 300 МГц включительно. (IEC 46 Commity draft)
Cat.6	Сертифицирован для частоты до 600 МГц включительно. (DIN 44312-5 Draft)

Обычно на проводе написано, к какой категории он относится. Например: " ...CATEGORY 5 UTP ...". Международный стандарт ISO/IEC 11801 – эквивалентен EIA/TIA-568.

Наиболее распространенная сейчас витая пара скручена из медных проводников диаметром 0,5 мм. Скручивают пары с различными шагами от 100 до 10 мм. Чем выше категория пары, тем короче шаги скрутки. В многопарном кабеле длина шага скрутки у разных пар разная. Волновое сопротивление таких пар, как правило, 100 Ом.

Экранированная витая пара имеет медную оплетку, которая обеспечивает защиту от электрических помех. Каждая пара проводников обмотана фольгой. Экранированная витая пара практически не применяется при проектировании сетей из-за отсутствия стандартов и технологий.

Одна из характеристик витой пары – калибр, который указывается в стандартной системе измерений кабеля – AWG. Система измерений AWG определяет толщину проводов. Чем больше толщина проводов, тем меньше его AWG-номер.

В качестве точки отсчета используют толщину телефонного провода. Она равна 22 AWG. Провод толщиной 14 AWG толще телефонного, а 26 AWG – тоньше.

Витая пара подключается к сетевому адаптеру коннекторами RJ-45 (8 контактов).

Кабель UTP позволяет реализовать топологию “звезда” и наиболее распространен.