для чего экранированный utp
Типы экранированной витой пары
Типы экранов
Такие кабели обычно используются для прокладки сети там, где используется тяжелое электрическое оборудование и имеется большое количество электротехнических устройств, которые могут вызывать электромагнитные помехи.
Расшифровка обозначений
Вид общего экрана может обозначаться как одним, так и двумя символами, а индивидуального только одним, означающими:
Разновидности экранированной витой пары
Кабели этого вида имеют общее экранирование из фольги (F). Но витые пары неэкранированные (UTP).
Кабели этого вида имеют общее экранирование из оплетки (S), а также общий экран из фольги (F). Но витые пары неэкранированные (UTP).
Кабели этого вида имеют общее экранирование с оплеткой (S). Витые пары защищены фольгой (FTP).
Кабели этого вида имеют общее экранирование из фольги (F). Витые пары также экранированы фольгой (FTP).
Кабели этого вида не имеют общего экранирования. Витые пары защищены фольгой (FTP).
Если стоит выбор, где купить экранированную витую пару, выбирайте надёжного поставщика. Компания « АнЛан » занимает лидирующие позиции на рынке РФ с 2007 года. Разумная цена и европейское качество — то, что отличает продукцию компании от других организаций.
Экранированный кабель «витая пара» против неэкранированного кабеля «витая пара». Ошибочный взгляд на рабочие характеристики
Ошибочный взгляд на рабочие характеристики
В последнее время большое внимание уделяется электромагнитной совместимости в различных информационных приложениях кабелей на основе экранированной витой пары (STP) по сравнению с кабелями на основе неэкранированной витой пары (UTP). Широко распространенные традиционные взгляды на экранирование привели к вере в то, что физически “экранированный” кабель безусловно обладает лучшей невосприимчивостью к шуму и более низкими уровнями излучательной способности, чем “неэкранированный” кабель. Однако полученные результаты исследований показывают, что невосприимчивость к шуму и излучательные характеристики информационных кабелей типа неэкранированная витая пара практически не отличаются от таких же характеристик кабелей типа экранированная витая пара. Опубликованная работа “Сравнение характеристик чувствительности к помехам кабелей типа экранированная витая пара и неэкранированная витая пара при передаче данных” дает заключение, что кабельные системы на основе UTP Category 5 демонстрируют превосходные рабочие характеристики с точки зрения электромагнитной совместимости и в то же время обеспечивают конкурентноспособные цены при монтаже и эксплуатации.
Передающие характеристики витой пары
Понимание эффективных способов снижения уровней излучения и повышения невосприимчивости зависит от понимания принципов, на которых основана передача сбалансированного сигнала по паре витых проводников. Сбалансированный сигнал состоит из двух одинаковых по амплитуде и противофазных сигналов, распространяющихся по двум проводникам пары. Приемник интерпретирует сигнал, приходящий по линии передачи витая пара как разницу напряжений между двумя проводниками. В приложении к кабелю термин “баланс” означает насколько точно соответствуют друг другу проводники в одной паре. В идеально сбалансированной кабельной системе электрические наводки вызывают одинаковые шумовые сигналы в обоих проводниках пары. Вследствие того, что шумы в проводниках равны по амплитуде, но не противофазны, приемник, который обнаруживает только разницу напряжений, их игнорирует. Кроме того, при идеальных условиях, два одинаковых по амплитуде и противофазных сигнала, генерируемые передатчиком, образуют равные по напряженности и противофазные электромагнитные поля, которые являются самокомпенсирующими и дают суммарный эффект отсутствия излучения.
К сожалению в реальных ситуациях передаваемые сигналы и кабельные компоненты не бывают идеально сбалансированными. Такая разбалансированность приводит к испусканию электромагнитного излучения, энергия которого зависит от степени разбалансированности и амплитуды передаваемого сигнала. Несбалансированные токи в паре могут рассматриваться как ток, текущий в одну сторону по одному из проводников и возвращающийся обратно по другому, таким образом формируя огромную петлю. Эта часть несбалансированного тока ведет себя как контурная антенна, формирующая поле. Напряженность поля зависит от площади петли и количества проходящего по ней “нескомпенсированного” тока. Такое излучение может мешать работе беспроводных приемников, таких как телевизоры, радиоприемники и сотовые телефоны, а также устройств, использующих медный кабель для приема-передачи сигналов. Уровень излучения зависит от степени сбалансированности пары, а также от других второстепенных факторов, таких как, например, изоляционный материал кабеля. Для снижения уровня излучения энергии важно поддержание баланса пар как для кабелей UTP, так и для кабелей STP.
Невосприимчивость к шуму
В кабелях UTP и STP применяются две различные стратегии противостояния шумовым помехам. В неэкранированных кабелях витая пара для повышения невосприимчивости к шуму основная ставка делается на хороший баланс пар в кабеле. Когда сбалансированность кабельной UTP-системы приближается к идеальной, наведенные шумовые токи на витых проводниках выравниваются и приемник, который способен обнаруживать только разницу напряжений на паре, становиться невосприимчивым к шумовым помехам. Таким образом, даже без защиты с помощью физического «экрана» идеально сбалансированная пара будет демонстрировать отличную невосприимчивость к шуму.
В экранированных кабелях витая пара для улучшения невосприимчивости к шуму используется легко разрушимая и дорогостоящая техника. Поле шумовой помехи наводит ток в металлическом экране кабеля. В результате стекания на землю наведенного тока на сигнальных проводниках под экраном будет наводиться одинаковый по амплитуде и разнофазный ток. По мере приближения качества экрана к идеальному два тока становятся равными по амплитуде и противофазными, компенсируя влияние шумовых помех.
Сложное взаимозависимое соотношение существует между явлениями шумовых помех и испусканием излучения. Идеально сбалансированная кабельная система обладает бесконечно высокой невосприимчивостью к шуму и не испускает электромагнитное излучение (в случае если передатчик и приемник также идеально сбалансированы).
Однако в реальных ситуациях, если сигнальные проводники «открыты» для несбалансированных шумовых токов, не только регистрируется шум на стороне приемника, но и несбалансированный ток создает описанный ранее эффект контурной антенны,. Следовательно, несбалансированная передающая система на витой паре или неправильно заземленная передающая STP-система будут не только испускать излучение, но будут также подвержены шумовым помехам от внешних источников. Как разработчики систем и оборудования, так и конечные пользователи во время принятия решений, касающихся кабельных систем, должны тщательно исследовать возможность возникновения этих явлений:
Инженеры и разработчики систем и оборудования
Физические характеристики кабеля UTP по сравнению с STP
В AT&T Bell Laboratories было проведено сравнительное исследование рабочих характеристик экранированного кабеля витая пара и неэкранированного кабеля витая пара с помощью двух тестовых процедур. Была исследована чувствительность кабеля к шуму при защите только с помощью экранирования (измерение вторично наведенного тока). Результаты этого теста являются индикатором проникновения шума через экран. Еще одна серия исследований была выполнена для сравнения относительных уровней помехового напряжения, наводимого на кабелях UTP Category 3, UTP Category 5 и Type 1 STP в результате воздействия шума (измерение разницы напряжений).
Измерение вторично наведенного тока
Многие проектировщики систем и оборудования, а также конечные пользователи уверены в том, что качество их кабельных систем на основе STP является следствием физического присутствия «экрана». Однако, любой экран, если он изготовлен и терминирован некачественно, будет вести себя как антенна, излучая или поглощая шумы. Эффективно экранированная кабельная система должна быть правильно терминирована с обоих концов и должна поддерживать целостность экрана в каждом соединении по всей кабельной системе. При измерении вторично наведенного тока сравнивают результирующее воздействие шума, произошедшее вследствие нарушения системы заземления, с воздействием шума на хорошо заземленный кабель.
По результатам этого теста невосприимчивость экрана к шуму изменялась от граничной (10% для заземляющего отвода длиной 1 дюйм) до плохой (50% для заземляющего отвода длиной 8 дюймов) и результирующее влияние на сигнал изменялось соответствующим образом. Это замечание является очень важным, так как на практике очень часто экран заземляется с помощью заземляющего отвода.
Результаты измерений вторично наведенного тока четко демонстрируют, что любая деградация экрана может ухудшать невосприимчивость к шуму до такой степени, что начинают происходить искажения сигнала. Очевидно, что физическое наличие экрана само по себе недостаточно для обеспечения невосприимчивости к шуму. Более того, качество терминирования экрана по всей телекоммуникационной системе и качество монтажа системы заземления определяют уровень невосприимчивости к шуму. На самом деле сбалансированная линия передачи с неправильно терминированной системой экранирования может быть более подвержена шумовым помехам, чем если бы она не была экранирована вовсе.
Измерение разницы напряжений
Важным фактором при выборе кабельной продукции как для разработчиков систем и оборудования, так и для конечных пользователей является общий уровень работоспособности кабеля. Измерение разницы напряжений, основанное на измерении уровней помех, вызванных шумом, были проведены для кабелей UTP Category 3, UTP Category 5 и Type 1 STP.
На основании результатов измерений инженеры Bell Labs сделали заключение, что «при соблюдении определенных правил, в реальных рабочих условиях неэкранированный кабель витая пара может достигать таких же высоких рабочих характеристик по сопротивляемости к шуму, какие присущи экранированному кабелю витая пара. Результирующие дифференциальные шумовые напряжения, измеренные в кабелях UTP Category 5 и STP были достаточно низкими для обеспечения точной передачи данных, учитывая жесткие условия эксперимента».
Выводы по результатам измерений
Результаты измерений разницы напряжений и вторично наведенного тока привели к заключению, что и UTP и STP способны обеспечивать степень невосприимчивость к электромагнитным помехам от хорошей до отличной. По определению специалистов Bell Labs степень невосприимчивости «зависит от сбалансированности системы UTP и качества экранирования системы STP. Кабели UTP для высокочастотных приложений с жестко контролируемым балансом могут обеспечивать рабочие характеристики EMC, сравнимые с такими же характеристиками кабельных систем на основе STP с хорошим экраном. И точно так же, плохо экранированная система STP или система с дефектным экраном может оказаться более уязвимой к помехам, чем хорошо сбалансированная система на основе UTP».
Измерения рабочих характеристик, проведенные AT&T развеяли некоторые заблуждения, связанные с рабочими характеристиками кабелей на основе экранированной и неэкранированной витой пары. Результаты измерений вторично наведенного тока привели к заключению, что «сам по себе экранированный кабель не обеспечивает невосприимчивости к шуму. Следует рассматривать внешнее экранирование всей линии, так как на первый взгляд безобидные соединения могут оказывать и оказывают значительное влияние на эффективность экранирования. Кроме того, поддержание высокого качества экрана в каждой точке становиться дорогим, а разработчик системы должен найти компромисс между требованиями, предъявляемыми к системе, учитывая требуемые рабочие характеристики EMC, а также стоимость компонентов и обслуживания системы». В заключение можно констатировать, что при использовании обычных кабельных конфигураций, неэкранированный кабель полностью способен обеспечивать такой же уровень устойчивости к шуму, как и экранированный кабель.
Как работает витая пара и как происходит передача данных
Содержание
Содержание
Современный компьютер обязан быть подключенным к интернету. Если раньше это было прихотью владельца, то сейчас некоторые игры и программы без него не работают. Тем не менее, владельцы чаще обращают внимание на скорость оперативной памяти или частоту монитора, а качество сетевого оборудования остается на втором плане. Тем не менее, простой провод от роутера к компьютеру имеет много характеристик, и они могут влиять на стабильность соединения. Что такое витая пара, почему она витая, и откуда в ней берется интернет — разбираемся в нашем материале.
Информация передается по проводам: длинным, коротким, медным и даже стеклянным. В мире так много проводов, что, если связать их в один, то можно провести интернет на Луну и обратно. Однако, даже если это осуществимо, такой интернет гарантированно не будет работать. Потому что, кроме самого провода, есть еще тонна условий, при которых работает витая пара. Это категория проводника, тип, материал провода, качество экранирования, помехоустойчивость и многое другое. Все это определяет качество работы сети и распространяется как на многокилометровые линии связи, так и на домашних коротышек.
А для тех, кто предпочитает использовать беспроводные сети, можно посмотреть, какую точку доступа подобрать и как это сделать правильно:
Как витая пара передает сигнал
Для кого-то будет открытием, что по кабелю передаются не биты и байты, хотя технику мы называем цифровой. На самом деле, в проводе нет никакой информации, а только напряжение. Один компьютер задает вопрос, другой отвечает, и все это происходит с помощью передачи вольтажа через витые пары.
Для передачи информации компьютер делит ее на биты. Затем они шифруются в двоичную систему и передаются по кабелю. В это время информация выглядит как простые электрические импульсы разной длительности (частоты) и с разным вольтажом. При этом, передаются два сигнала: один с положительным напряжением, другой — с отрицательным. Принимая сигнал, дешифратор складывает напряжения и в сумме получает ноль. Таким образом, зная вольтаж, длительность импульса и разницу напряжений, сетевая карта понимает, какой код ей посылает собеседница.
С точки зрения простого человека без физико-математической корочки в кармане такое объяснение будет понятным и достаточным, чтобы представить, что творится в витой паре во время передачи сигнала. В информатике этот процесс называется манчестерским кодом и это находится на первом уровне OSI. Так называют 7 уровней движения информации от бита к понятному для человека изображению на экране. Движение электрических или световых сигналов это первый, «физический» уровень. Там и работает витая пара.
От советской лапши к современному UTP
Для передачи высокочастотного сигнала не всегда использовался провод с несколькими витыми парами. Не будем заглядывать в историю совсем далеко, а остановимся на времени, когда телефония уверенно поселилась в каждой квартире 80-х. Вполне реально, что у кого-то и до сих пор работает телефонный аппарат по старой DSL-линии. Он подключен таким проводом:
Это телефонный провод ТРП для прокладки сети в помещениях. В народе его называют лапшой из-за сходства с плоскими макаронами. Обычно используется для «доводки» сигнала к нужному месту. Сейчас таким проводом сигнальные линии не ведут, а используют современные UTP патч-корды.
Еще один способ передать высокочастотные данные на средние расстояния — коаксиальные провода. Сигнальный провод защищен от наводок экранированием:
Коаксиальный кабель используют и сейчас, например, в радио и спутниковой связи, а также в антеннах для приема цифрового или аналогового телевидения. Впрочем, его могут применять везде, где необходимо соединить между собой два чувствительных к помехам устройства.
Помимо «домашних» и всем известных проводов, в современных сетях есть и другие. Это многожильные провода-трассы с 25 парами, экранированные и усиленные, а также оптоволоконные проводники с разным количеством стеклянных жил, в том числе и витые пары.
Для чего так много разновидностей витой пары
С помощью витой пары соединяют не только роутер и компьютер. Есть более глобальные применения. Так, один проводник предназначен только для помещений, а другой способен работать на улице под прямыми лучами солнца. Первый растянется и испортится на больших расстояниях, а другой спокойно выдержит вытягивание на десятки метров. Где-то достаточно протянуть простой провод без экрана, а в другом месте будет много посторонних сигналов, поэтому и провод нужен соответствующий. Для этого предназначены разные типы витой пары.
UTP — самый простой и нежный кабель. Не защищен от внешних помех, а также не любит растягивание. Зато он мягкий и хорошо сгибается. Подходит для дома и офиса.
FTP — то же самое, но с дополнительным экранированием. То есть, все пары закутаны в фольгу. Имеет те же физические плюсы и минусы первого варианта, только более устойчив к помехам. Такие провода — минимум для использования в производственных помещениях с посторонними помехами.
STP — все то, что есть в предыдущих, плюс защитная металлическая оплетка.
SFTP — каждая пара завернута в собственную фольгу, а общий провод защищен металлической оплеткой.
U/FTP — каждая пара в фольге, остальное все как у UTP.
F/FTP — для каждой пары фольга, плюс общая для всего провода.
SF/FTP — каждая пара экранирована, плюс весь провод защищен металлической оплеткой, а для жесткости добавляют стальную проволоку. Это провод для построения длинных трасс.
Для домашнего интернета вполне хватает простого UTP. Максимум — FTP, если это многоквартирный дом и нужно защитить сигнал от микроволновок и роутеров с точками доступа 5 ГГц. Остальные используются для прокладки внешних линий между зданиями или на большое расстояние, где сигнал обязательно защищают от внешних помех и стремятся максимально сохранить качество.
Категории витой пары
Категории витой пары определяются основными характеристиками провода: максимальная частота сигнала и толщина проводника. Чем выше допустимая частота в проводе, тем лучше его качественные показатели и способность удерживать скорость на протяжении десятков метров. В основном используются «5e» и «6» категории, хотя всего их 10:
Между прочим, та самая «лапша» — это витая пара Cat. 1, и она до сих пор встречается в частных жилых секторах под ADSL. Остальные категории вышли из обихода (2, 3, 4) или еще не нашли широкого применения в домашних сетях (6a, 7, 7a). Тем не менее, это вопрос времени, так как соединения со скоростью более 1 Гбит/с уже существуют и предлагаются провайдерами.
Другие характеристики
С категорией витой пары определиться несложно, потому что в компьютерных магазинах пользователю вряд ли предложат что-то, кроме проводов Cat. 5e или Cat. 6. Гораздо важнее выбрать провод по другим параметрам.
Во-первых, учитываем материал, из которого сделаны жилы витой пары. Самый дешевый и доступный вариант — это алюминий. Проводит электричество в 1,7 раза хуже меди, любит окисляться при контакте с кислородом и не любит изгибы. Как основа для качественной сигнальной трассы сразу отметается, даже если это домашняя сеть со скоростью до 100 Мбит/с. Единственный плюс такого провода — дешевое производство.
Чуть лучше — омедненный алюминий. Все то же самое, только алюминий покрыт нанослоем меди для защиты от окисления. Проходим мимо.
Единственно верный путь — чистая медь. Это лучшая электропроводность, устойчивость к окислению, стойкость к изгибам и гарантия стабильности в месте соединения провода и клеммы. Разумеется, это самый дорогой провод из витых пар.
Однако наличие проводников из чистой меди составляет только половину дела. Медный провод производить дорого, поэтому и здесь есть нюансы. Следующий важный параметр, который указывает на качество проводника — это толщина медной жилы. Тут тоже есть свои стандарты:
Чем больше диаметр, тем меньше сопротивление линии, а значит, выше скорость передачи информации на большие расстояния. В обычных сетях используют 23-24 AWG, и этого достаточно. Тем более, что фанатично искать провод с «толстыми» парами не стоит хотя бы из-за стандартов ISO. Они говорят, что 22-24 AWG — это разумные пределы для того, чтобы провод без проблем помещался в контактах коннекторов и розеток (до 0,64 мм). Впрочем, если говорить о домашних сетях, то AWG 24 — это разумный предел для любых систем и скоростей.
Витая пара бывает одножильная и многожильная. Провод с цельными жилами подходит для разводки сети по стенам, в кабель-каналах или для организации длинных трасс. Физические и электрические свойства цельного медного провода лучше, чем у многожилки. В основном это прочность и помехоустойчивость. Многожильный провод применяется для сборки заводских патч-кордов. Его свойств достаточно для передачи информации между устройствами на небольшом (до 5 м) расстоянии. Он хорошо принимает форму и устойчив к изломам.
Несмотря на стандарты в Cat. 5e, производители могут выпускать провода с двумя парами вместо четырех. Количество пар играет роль в сетях со скоростью выше 100 Мбит/с. Учитываем этот момент и берем полноценный кабель со всеми парами, чтобы потом спокойно переключиться на высокоскоростной тариф, подключить видеонаблюдение и смотреть фильмы в 4К без проблем с пропускной способностью.
Хорошему проводу — хорошая изоляция. Качественная витая пара должна защищаться толстой, но мягкой оболочкой. Тогда провод будет легче свернуть, направить в кабель-канале, а еще он не перетрется и будет уверенно держаться в клипсе сетевого разъема. Хорошая изоляция — это также защита от потери сигнала на больших расстояниях, где полимерное покрытие проводника работает как электромагнитный диэлектрик.
Коннекторы RJ-45
Registered Jack — стандартизированный разъем. Как и витая пара, коннектор имеет разные категории и уровни качества.
Для каждого типа витой пары применяется свой разъем. Для проводов Cat. 5 и 5e используют первый вариант (см. изображение выше). Он знаком каждому пользователю и способен переварить толщину проводников до 24 AWG. Более ничем не примечателен.
Для построения экранированных сетей используется джек Cat. 6. Он может зажимать провода до 23 AWG, а также имеет металлический корпус, который соединяется с фольгой в проводе и создает единый помехоустойчивый контур между устройствами.
Соответственно, для проводов высших категорий есть другие коннекторы. Но это серверный уровень и домашний пользователь вряд ли столкнется даже с коннекторами типа 6a.
Пригодность разъема для разного типа проводов диктуется не только размерами клипсы, что удерживает провод в разъеме, но и типами ножей, которые пробивают оболочку каждого провода в паре и соединяются с медью. А еще качеством позолоты контактов.
Почему пар несколько и за что они отвечают
Для приема и передачи данных в проводе используется два способа расположения витых пар в коннекторах. Это прямой и перекрестный обжим. Для современных сетевых устройств нет разницы в распиновке, потому что устройства умеют делать это автоматически на уровне разъема. Поэтому в основном используется прямой обжим и соответствующая ему распиновка пар:
В соединениях до 100 Мбит/с данные передаются только двумя парами: одна занимается отправкой сигнала (называют TX), другая приемом (RX). То есть, Transfer и Receive. Причем в каждой паре оба провода работают в одном направлении. Только по одному бежит положительное напряжение, а в другом — отрицательное. Это мы разобрали в начале статьи. Остальные пары задействуются под нужды PoE (подключение IP-камер), телевидения или телефонии. Для работы высокоскоростных линий задействуют все четыре пары.
Провода обозначают стандартными цветами, где каждая пара имеет свой основной цвет. Это сделано для удобства, так как прозванивать восемь одноликих проводов при каждом обжиме —занятие утомительное. Физической разницы между парами нет, главное, чтобы провод был обжат одинаково с обоих концов.
Почему пара «витая» и что такое экранирование
По проводу передаются электрические импульсы с высокой частотой. В самом начале эти импульсы сильные и отчетливые, а к концу провода их амплитуда снижается. Это называется затуханием сигнала или «вносимыми потерями». Отношение силы выходного сигнала в начале провода к силе входного сигнала в конце измеряют в децибелах. Чем выше разница, тем хуже качество сигнала. Обычно сигнал портится на больших расстояниях, если спецификации витой пары не соответствуют заявленным или нарушаются правила построения сетей. Немалую роль в качестве сигнала играет материал проводников, их правильный обжим в коннекторе, а также защита от собственных и внешних наводок.
Как сократить потери сигнала на длинных трассах:
То есть, если нужно передать сигнал на очень большое расстояние, то без репитера это не получится. Принцип работы такой же, как и у повторителя для WiFi: берется редуцированный сигнал, преобразуется в исходный по мощности и отправляется следующей станции или адресату. Для этого есть специальные устройства — экстендеры Ethernet. Или роутер (он же свитч). То есть, если сигнал тухнет через каждые 100 метров, то можно переподключать линию на свитчах и передавать сигнал дальше. Но это в теории.
На практике сигнал в витой паре перемешивается с различными помехами. Это сигналы сотовой сети, радиосигнал роутера, высокочастотные волны от микроволновой печи и даже низкочастотный шум от двигателя автомобиля. Помимо этих явлений есть и внутренние, когда одна пара вносит паразитные сигналы в другую пару и возникают перекрестные помехи.
От внешних воздействий на сигнал провод защищают алюминиевой фольгой. В зависимости от типа и категории провода, такая фольга может защищать каждую пару отдельно или весь провод целиком. Для защиты от сильных помех также используют металлическую оплетку.
Для снижения наводок между пар придумали другой способ — витые провода:
Из начальной физики мы знаем, что движение электричества в проводе создает электромагнитное поле. Это поле может влиять и взаимодействовать на поле и сигнал других проводов. От таких наводок нельзя избавиться, но ими можно управлять. Для этого все пары в проводе смещены относительно друг друга и имеют одинаковый шаг витка. Таким образом, влияние помех распределяется равномерно и становится предсказуемым для передатчиков.
Вместо тысячи слов
Если поднимать всю теорию о витой паре, возвращаемых сигналах, помехах и различных электромагнитных явлениях, можно написать диссертацию, магистерскую работу, а может и диплом для технического ВУЗа. Тем не менее, общее понимание работы витой пары мы рассмотрели. Этого должно быть достаточно, чтобы любой пользователь (особенно гуманитарий) мог прочитать статью и выбрать хороший провод для своей сети. И построить ее так, чтобы потом не пришлось все переделывать.
Пошаговая инструкция по выбору хорошего провода для дома: