Медь и стекло: Руководство по сетевым кабелям

Для многих сетей большого и среднего размера выбор кабелей является единственным важным и долговременным вложением, которое в нее совершается. При выборе кабеля необходимо соблюсти баланс между стоимостью и производительностью, и при всем при этом необходимо попытаться предсказать требования к производительности в будущем. Если сетевые кабели не смогут поддерживать требования, которые будут предъявляться к ним в будущем, то, возможно, придется менять кабели для всей вашей сети, что, конечно же, очень дорого.

В этой статье я подробно расскажу вам о кабелях на основе витой пары (twisted pair), коаксиальных кабелях (Coax) и оптоволоконных кабелях (Fibre optic). Это самые общие типы кабелей, которые используются в сетях типа Ethernets. Я расскажу о преимуществах, недостатках и ограничениях.

UTP и STP

Самым часто встречающимся кабелем для сетей типа Ethernet является витая пара (twisted pair). Кабель неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair или UTP), как можно увидеть на рисунке A, состоит из четырех пар 22 или 24 медного провода American Wire Gauge (AWG). (Номер AWG говорит о толщине провода, чем выше номер, тем тоньше диаметр.) Каждый провод имеет слой пластической изоляции вокруг, а весь кабель обернут в защитный пластиковый футляр кожух. Каждая из пар скручена, чтобы обеспечить защиту от электромагнитных помех (electromagnetic interference EMI). Для защиты от перекрестных помех между парами, на каждом метре в каждой паре делается различное число скруток. Как общее правило, чем больше скруток на одном метре имеет пара, тем лучше защита от помех такого типа.

Рисунок A: Кабель UTP

Экранированная витая пара (Shielded Twisted Pair или STP) такой же кабель, как и UTP, за исключением того, что каждая пара обернута в металлическую фольгу, а все четыре пары вместе также обернуты в металлическую фольгу. Металлическая фольга выполняет роль щита от электромагнитных полей, в результате чего достигается дополнительная защита от помех.

Некоторые из вас могут удивиться, как эта металлическая фольга защищает от электромагнитных полей. Я думал, что электромагнитные поля индуцируют электричество в металле? Да. Именно так и происходит. Именно поэтому оба конца этой металлической фольги необходимо правильно заземлить. Если это заземление сделано правильно, то у вас не получится нечего, кроме радио антенны; но таким образом можно бесплатно скачивать музыку!

Для тех, кому интересно, на рисунке B изображен очень простой способ для получения радио сигналов. Жди новых статей об антеннах различных типов.

Рисунок B: Цикл радио настройки

Все типы витых пар имеют ограничения на передачу данных в 100m, но имеют различные коэффициенты передачи данных.

Кабели Cat1 и Cat2 являются устаревшими. Раньше они использовались для телефонов и очень ранних сетей.

Кабели Cat3 стали популярными в конце 1980-х, т.к. они были недорогими и обеспечивали максимальный коэффициент передачи данных 10Mbps.

Кабели Cat4 можно встретить не очень часто. Они использовались в сетевой топологии типа маркерное кольцо (token ring network topologies) и имеют максимальный коэффициент передачи данных 16Mbps.

Кабели Cat5 – это в настоящее время самый распространенный тип кабелей, которые можно встретить в сетях типа Ethernet. Максимальный коэффициент передачи данных для кабелей Cat5 составляет 100Mbps.

Кабели Cat5e встречаются также довольно часто. Они представляют собой более улучшенную спецификацию, которая позволяет увеличить максимальный коэффициент передачи данных в 1Gbps.

Кабели Cat6, Cat7 и Cat8 не очень часто встречаются. Однако, по мере того, как гигабитный Ethernet становится все более популярным, то и эти кабели будут все более распространены, благодаря их лучшей производительности.

You will notice that as the category number increases so does the maximum data transfer rate. This is accomplished, in large part, by the copper wire pairs within the cables having more twists per metre. As said earlier, more twists per metre provide more protection against interference and therefore allows a greater spectral bandwidth to be transmitted over the cable.

Прямое и кросс-овер подключение кабелей

Существует две основных конфигурации подключения кабелей с витой парой (twisted pair). Прямое подключение означает, что оба конца кабеля имеют одинаковую конфигурацию разъемов. Это значит, что к какому бы разъему не был подключен провод кабеля на одном конце, он должен быть подключен к такому же разъему на другом конце кабеля. Эта конфигурация используется для подключения оборудования различных типов.

Конфигурация кросс-овер (crossover) означает, что оба конца кабеля имеют противоположное подключение к разъему. Конфигурация Crossover используется для подключения оборудования одного типа. Вы должны знать, что множество новых устройств достаточно умны, чтобы знать, какой тип подключения вы используете прямой или перекрестный (crossover). Поэтому, перед тем как купить новый кабель, вы должны проверить, является ли ваше устройство одним из тех самых умных устройств.

Пленум кабели (Plenum cables)

Необходимо также упомянуть, что все типы кабелей, которые были упомянуты в этом разделе, также доступны в пленум версии. Необходимо использовать пленум кабели, когда кабели прокладываются в кабельном канале, в подвисном потолке или любой другой области, когда кабель находится в воздушном проходе. Это потому, что обычные кабели могут быть токсичными в случае пожара, а пленум кабели имеют специальное покрытие, которое делает кабель нетоксичным.

Коаксиальные кабели (Coax cables)

Коаксиальные кабели можно встретить во многих сетях. Существует два типа коаксиальных кабелей, которые обычно используются в сетях типа Ethernet. Это 10Base2 и 10Base5, или альтернативное название сеть с тонким кабелем (thinnet) и сеть с толстым кабелем (thicknet). Коаксиальный кабель состоит из твердой медной проволоки, помещенной в изоляцию. Вокруг этой изоляции находится медное поле и внешняя пластиковая изоляция. Точно также, как в кабелях STP, медное поле должно быть заземлено с двух сторон для защиты от электромагнитных помех EMI. Различие между тонким (thinnet) и толстым (thicknet) проводом заключается в том, что толстая медная проволока имеет диаметр 0.35cm, а диаметр толстого провода составляет 1cm.

Оба типа кабеля имеют максимальный коэффициент передачи данных 100Mbps. Преимущества при использовании коаксиальных кабелей заключаются в максимальном расстоянии, на которое можно передавать данные (maximum data transmission range). У тонкого кабеля это расстояние составляет 185m, у толстого (thicknet) оно составляет 500m. По этой причине коаксиальные кабели часто используются в сетевой шинной топологии (network bus topologies).

Обычный коаксиальный кабель показан на рисунке C.

Рисунок C: Коаксиальный кабель (coax cable)

Основной недостаток коаксиальных кабелей заключается в том, что из-за толщины коаксиальных кабелей, особенно толстых (thicknet), их сложно монтировать и поэтому они более дорогостоящие, по сравнению с витой парой (twisted pair). Однако, если ваша сеть очень большая, то потратив деньги на коаксиальные кабели, вы затем можете сэкономить деньги на покупку репитеров (repeater), которые необходимы при передачи данных на длинные дистанции.

Оптоволоконные кабели (Fibre optic cables)

Оптоволоконные кабели (Fibre optic cable) достаточно хороши. Они обеспечивают передачу данных на расстояние 10km или более для волокна одного типа, или 2km или более для разнородного волокна. Оптоволоконные кабели также обеспечивают максимальный коэффициент передачи данных более 100Gbps.

Оптоволоконный кабель, как можно увидеть на рисунке D, состоит из стеклянного ядра и окружающей его оболочки. Также есть защитное покрытие, усиливающие волокна и внешнее покрытие. Данные передаются с помощью отражения внутри стеклянного ядра. Т.к. данные не пересекаются с электрическими сигналами, то оптоволоконные кабели не подвержены помехами EMI. Еще одним преимуществом оптоволоконных кабелей является то, что эти кабели не боятся воды. Производительность коаксиальных кабелей и витой пары может быть значительно снизиться, если в них попадает вода. В результате этого оптоволоконные кабели идеально подходят для передачи данных на большие расстояния снаружи.

Рисунок D: Оптоволоконный кабель (Fibre optic cable)

Основным недостатком оптоволоконного кабеля является стоимость. Он гораздо более дорогостоящий, по сравнению с любыми другими кабелями, которые обсуждались в этой статье. Оптоволоконные кабели могут быть также достаточно ломкими. Внутреннее стеклянное ядро можно разбить, если слишком сильно натянуть кабель или обогнуть кабелем острый угол. Во многих сетях, в которых используется оптоволоконные кабели, они часто заменяются из-за повреждений, что приводит к дополнительным затратам.

Заключение

Как я упоминал уже в начале этой статьи, при выборе типа кабеля для сети необходимо соблюсти баланс между стоимостью и производительностью. Самая главная причина, по которой витая пара стала такой популярной, заключается в том, что она имеет низкую стоимость и высокие коэффициенты передачи данных.

По мере того, как снижается стоимость оптоволоконных кабелей, они без сомнения будут становиться более популярными. В следующих статьях я покажу вам примеры различных типов оптоволоконных кабелей.