Кабели на основе витой пары

Кабель из витой (скрученной пары) пары является на сегодняшний день стандартом для ЛВС. По сравнению с коаксиальным кабелем он проще в прокладке, подходит для большого количества различных предметных областей и обеспечивает намного лучшую производительность. Однако, вероятно, самым большим преимуществом витой пары является то, что она уже используется бесчисленным количеством телефонных систем по всему миру. Это означает, что огромное число подрядчиков хорошо знакомы с процедурой монтажа такой проводки, и в новых зданиях разводка кабеля для ЛВС может осуществляться одновременно с прокладкой телефонного кабеля. В отличие от коаксиального кабеля, который имеет только один проводник, переносящий сигнал, и "землю", кабели на основе витой пары (ТР, twistedpair), применяемые в структурированных кабельных сетях, имеют до четырех пар изолированных медных проводов в одной металлической оплетке или без нее (различают неэкранированный [UTP] и экранированный [STP] кабели). Каждая пара проводов для защиты от переходного затухания, вызванного электромагнитными помехами от соседних пар и внешних источников, скручивается с различным шагом - количеством витков на дюйм. Кабель "TwistedPair" - "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, и т.д. Дополнительно к нумерации проводов каждая пара имеет свою уникальную цветовую схему:

Синий / белый с синей полосой для 1-ой пары;

Оранжевый / белый с оранжевой полосой - для 2-й;

Зеленый / белый с зеленой полосой - для 3-й;

Коричневый / белый с коричневой полосой - для 4-й.

И так далее до 25 пар. Для каждой пары проводов Ring-пpовод окрашен в основной цвет с полосками дополнительного, а Tip-пpовод - наоборот. Например, 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 не применяется окраска основного провода полосками цвета дополнительного. 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 (AmericanWireGauge) (gauge-калибр, диаметр). Нормальный провод для использования в 10Base-T соответствует 22 или 24 AWG. Причем чем меньше диаметр провода, тем больше эта величина. Согласно стандартам, провод делится на несколько категорий по своей "пропускной способности".

Неэкранированная витая пара (UTP)

Внешняя оболочка кабеля "витая пара" может быть либо сравнительно тонкой, как у неэкранированной витой пары (UTP, unshieldedtwisted-pair), либо толстой, как в экранированной витой паре (STP, shieldedtwisted-pair). Из этих двух типов кабеля более часто используется UTP. Большинство офисных сетей Ethernetпостроены на UTP. Кабель UTP использует медные проводники диаметром 22 или 24 по шкале AWG с характеристическим импедансом 100 Ом. Оболочка может быть пленумной и непленумной. Помимо основных спецификаций, стандарт TIA/EIA-Т568-А определяет уровни производительности для кабеля UTP, согласно которым кабель разделяется на пять категорий. Чем выше категория кабеля, тем более эффективно он может передавать данные. Основное отличие между категориями кабеля заключается в количестве витков каждой пары проводов. В табл. перечислены категории, определенные в стандарте T568-А, их скоростные характеристики и области применения. Кабель категории 3 традиционно используется в телефонии, также он пригоден сетей Ethernet 10BaseT, которые функционируют на скорости 10 Мбит/с. Категория 3 не подходит для полосы пропускания 100 Мбит/с сети FastEthernet, исключая случай 100BaseT4, который специально разработан в расчете на кабель этой категории. Только 100BaseT4 (а также крайне малоуспешный протокол 100VG-AnyLAN) могут работать с этим кабелем, так как они задействуют все четыре пары проводов для передачи данных, в то времякак стандартные технологии применяют только две пары.Кабель категории 4 обеспечивает незначительное увеличениепроизводительности по сравнению с категорией 3, и одно время поддерживался

сетями TokenRing. Большинство современных UTP-сетей построены на кабеле категории 5, так как он обеспечивает значительный прирост быстродействия и поддерживает передачу с частотой до 100 МГц. Даже если на настоящий момент сеть использует 10BaseT, большинство администраторов предпочитают кабель категории 5, предвидя будущий переход на FastEthernetили другую высокоскоростную технологию.

Примечание:

Хотя деление на категории TIA/EIA относится в основном только к кабелю, другие сетевые компоненты, относящиеся к сетевой среде передачи данных, также разбиваются на категории. Для создания кабельной системы, полностью совместимой с категорией 5, требуется, чтобы все коннекторы, настенные розетки, коммутационные панели и другие компоненты также соответствовали категории 5.

Стандарты, следующие за категорией 5

В то время как кабель категории 5 успешно используется в сетях с пропускной способностью 100 Мбит/с, таких как FastEthernet, технология продолжает развиваться. И сегодня доступны устройства для GigabitEthernet, обеспечивающего пропускную способность 1 Гбит/с (1000 Мбит/с). Чтобы приспособиться к этим ультравысоким скоростям, классификация кабеля UTP также продолжает расширяться. Однако процесс разработки и принятия стандартов TIA/EIA медленнее (намного), чем темпы развития технологии, в результате чего на рынке присутствуют виды кабеля, выходящие за границы самой высокой из действующих на сегодня категорий - категории 5. Их статус еще не определен официальными стандартами. Компания Anixter, Inc., играющая видную роль в развитии стандартов TIA/EIA, разработала свою собственную классификацию кабеля. В ней кабель, в противоположность категориям, разбивается на уровни (levels). В табл. перечислены уровни, предлагаемые Anixter, которые следуют за текущей 5 категорией. Level 5 удваивает полосу частот, определенную категорией 5, до 200 МГц, чтобы соответствовать международному стандарту ISO 11801. Кабели этого уровня обеспечивают пропускную способность до 1,2 Гбит/с, что позволяет использовать их для передачи информации в сетях GigabitEthernet. Оборудование, поддерживающее этот стандарт, ныне называется усовершенствованной категорией 5 (Category 5 Enhanced или Category 5Е). Помимо указанного существуют и другие названия. Level б увеличивает ширину полосы частот до 350 МГц, а Level 7 - до 400 МГц. Сейчас на рынке можно найти кабель, для обозначения уровня производительности которого принята данная классификация.

TIA/EIA также работает над расширением стандарта, которое, по всей видимости, не будет соответствовать уровнямAnixter. Усовершенствованная категория 5 включает проверку на перекрестные наводки, для которых чаще используется термин "переходное затухание", а именно переходное затухание на ближнем конце (NEXT, near-endcrosstalk), переходное затухание на дальнем конце (FEXT, far-endcrosstalk) и потери на отражение ("обратное затухание) сигнала (RL, returnloss). Категория б введена, чтобы удвоить полосу частот категории 5 до 200 МГц, а категория 7 (стандарт которойнаходится еще только на ранних стадиях разработки) - до 750 МГц. На настоящий момент оборудование, соответствующее этим спецификациям, еще не производится.

Экранированная витая пара (STP)

STP - это кабель с сопротивлением переменному электрическому току 150 Ом, поддерживающий дополнительное экранирование, которое защищает сигналы от электромагнитных помех (EMI), вызываемых электрическими двигателями, электропроводкой и другими источниками. Изначально применяемый в сетях TokenRing, STP также предназначен для прокладки в тех местах, где кабель UTP не может обеспечить достаточной помехозащищенности. Экранирование в кабеле STP - не просто дополнительный слой изоляции, как полагают многие. Напротив, провода внутри кабеля заключены в металлическую оплетку, которая имеет такую же проводимость, как и медные провода. Когда эта оплетка правильно заземлена, она, как антенна, преобразует окружающие шумы в электрический ток. Этот ток наводит равные по значению и обратные по направлению токи в витых парах. Противоположно направленные токи нейтрализуют друг друга, в результате помехи не воздействуют на сигнал, передаваемый по проводам. Баланс между противоположно направленными токами очень важен. Если токи не совпадают полностью, то суммарный ток может быть интерпретирован как шум и сможет повлиять на качество сигнала, передаваемого по кабелю. Чтобы токи были сбалансированы, соединение, взятое в целом, должно быть экранировано и правильно заземлено. Это условие означает, что все компоненты, вовлеченные в соединение, такие как коннекторы и настенные розетки, должны быть также экранированы. Также жизненно важно, чтобы кабель был проложен правильно, то есть, как следует заземлен, и экранирование было без разрывов и повреждений. Защита от электромагнитных помех в кабеле STP может осуществляться экранами двух типов: фольгой или металлической сеткой. Металлическая сетка - более и эффективный экран, но она увеличивает вес, диаметр и стоимость кабеля. Кабель, экранированный фольгой, иногда называется загороженной витой парой(ScTP, sctrrnrdtwisted-pair) или фольгтрованной витой парой (FTP, foiltwisted-pair). Он тоньше, легче и дешевле, но вместе с тем менее эффективен, и его легче повредить. В обоих случаях процесс монтажа STP сложнее по сравнению с UTP, так как надо стараться не перегнуть кабель слишком сильно, чтобы избежать повреждения экрана. Кабель также может быть подвержен повышенному затуханию и другим проблемам из-за того, что эффективность экранирования сильно зависит от множества факторов, включая материал и толщину экрана, тип и местоположение источника EMI, способ заземления Классификация кабелей STP была определена IBM в ходе разработки протокола TokenRing. Согласно стандарту кабель STP делится на несколько типов:

· Туре 1А. Две пары проводов 22 AWG, каждая из которых завернута вфольгу, с экранирующим слоем (фольги или металлической сетки) вокругобеих пар и внешней защитной оболочкой из поливинилхлорида (PVC) или тефлона.

· Туре 2А. Две пары проводов 22AWG, по отдельности завернутых в фольгу, с экранирующим слоем (фольги или металлической сетки) вокруг обеих пар плюс четыре дополнительные пары проводов 26 AWG для передачи речи. Всеэто внутри поливинилхлоридной или тефлоновой оболочки.

· Туре 6А. Две витые пары 22 AWG с экраном из фольги или сетки вокругобеих пар и внешней изоляцией РЧС или в пленумном исполнении (тефлона).

· Туре 9А. Две витые пары 26 AWG с экраном из фольги или сетки вокруг обеих пар и внешней PVC или тефлоновой оболочкой.

Примечание:

Стандарт TIA/EIA-Т568-А признает только два типа кабеля STP из этого списка: Туре 1А, применяемый для магистралей и горизонтальной кабельной разводки, и Туре 6А для коммутационных кабелей.

Сети TokenRing на базе STP используют большие, запатентованные коннекторы IDC (IBM DataConnector). Однако, в связи с отсутствием кабеля в бухтах и сложностью процесса прокладки большинство современных сетей TokenRingприменяют совместно с ними стандартный кабель UTP из четырех пар вместо STP.

Оптоволоконный кабель

Оптоволоконный кабель разительно отличается от всех видов кабеля, рассмотренных ранее в этой главе, так как перенос электрических сигналов по медным проводникам в нем не используется. Вместо этого для передачи двоичных данных применяются световые импульсы. В силу того, что оптоволоконный кабель использует свет (фотоны) вместо электричества, почти все проблемы, присущие медному кабелю, такие как электромагнитные помехи, перекрестные помехи (переходное затухание) и необходимость заземления, полностью устраняются. Вдобавок, чрезвычайно уменьшается погонное затухание, позволяя протягивать оптоволоконные связи без регенерации сигналов на много большие дистанции, достигающие 120 км. Оптоволоконный кабель идеально подходит для создания сетевых магистралей, и в особенности для соединения между зданиями, так как он нечувствителен к влажности и другим внешним условиям. Также он обеспечивает повышенную по сравнению с медью секретность передаваемых данных, поскольку не испускает электромагнитного излучения, и к нему практически невозможно подключиться без разрушения целостности. Недостатки оптоволокна в основном связаны со стоимостью его прокладки и эксплуатации, которые обычно намного выше, чем для медной среды передачи данных. Эта разница стала привычной, тем не менее, в последние годы она стала сглаживаться. Сама оптоволоконная среда только слегка дороже UTP категории 5. Но независимо от указанных преимуществ и недостатков применение оптоволокна приносит с собой другие проблемы, такие как процесс прокладки. Разводка оптоволоконного кабеля в основном ничем не отличается от укладки медного, но присоединение коннекторов требует принципиально иного инструмента и технических навыков. Оптоволоконный кабель известен уже долгое время, его поддерживали даже ранние стандарты Ethernet для пропускной способности 10 Мбит/с. Первый из них получил название FOIRL (Fiber-OpticInter-RepeaterLink), а последующий- 10BaseF. Несмотря на это, оптоволокно позиционируется как высокоскоростная сетевая технология, и сегодня фактически все применяемые протоколы Канального уровня используют его в той или иной форме. Вотнекоторыеизних:

· Fast Ethernet (100BaseFX);

· Gigabit Ethernet (1000BaseFX);

· Token Ring;

· Fiber Distributed Data Interface (FDDI);

· 100VG-AnyLAN;

· Asynchronous Transfer Mode;

· FibreChannel.

Как и медный, оптоволоконный кабель обычно применяется в сетях топологии "шина" или "звезда", хотя протокол FDDI популяризирует "двойное кольцо" (doublering), которое в целях обеспечения отказоустойчивости состоит из двух резервных "колец", по которым трафик передается в противоположных направлении.