какое напряжение в компьютерной сети
Какое напряжение используется в линиях Ethernet (кабели UTP)?
Я спрашиваю об этом, потому что после некоторого исследования я нашел некоторую противоречивую информацию.
Во-первых, на странице Википедии на физическом уровне Ethernet я обнаружил, что напряжение на линиях составляет 2,5 В. https://en.wikipedia.org/wiki/Ethernet_physical_layer
Но в более тренировках и курсах, которые я принимаю в Uni, профессора сказали, что это 9 В или 12 В.
Существуют ли еще стандарты для физических соединений и напряжений на линиях Ethernet?
1 ответ
Существует много разных напряжений и варьируется в зависимости от частоты
7.4.1.3 Выходное напряжение переменного тока переменного тока
Величина переменного компонента выходного напряжения синфазного сигнала драйвера, измеренная между серединой тестовой нагрузки, состоящей из пары согласованных 39> Ω ± 1% и схема VC, как показано на рисунке 7-13, не должны превышать 2,5 В пика от 30 Гц до 40 кГц и 160 мВ от 40 кГц до БР.
7.4.1.4 Дифференциальное выходное напряжение, разомкнутая цепь
Дифференциальное выходное напряжение в разомкнутой цепи, измеренное на интерфейсном разъеме приводного устройства, не должно превышать 13 V пик.
7.4.1.5 Выходное напряжение постоянного тока постоянного тока
Величина составляющей постоянного тока выходного напряжения синфазного сигнала водителя, измеренная между серединой тестовой нагрузки, состоящей из пары согласованных 39 Ω ± 1% резисторы и контур VC, как показано на рисунке 7-13, не должны превышает 5,5 В.
Новые стандарты могут иметь разные ограничения, но поскольку они обычно ретро-совместимы, они не должны сильно меняться. Я выкопал несколько из них, но не нашел спецификаций, которые противоречат приведенным выше.
Параметры 802.3bq-2016: физический уровень и управление для операций 25 Гбит /с и 40 Гбит /с, типы 25GBASE-T и 40GBASE-T имеют таблицу:
, в котором вы можете найти дифференциальное напряжение достаточно близко к 2.5V. (Vpp обозначает разность пиков от напряжения до пика, т. Е. Разность между самым низким и самым высоким напряжением за период.)
При использовании Power Over Ethernet (POE) есть еще одно напряжение: от 37 до 57 В.
Физика Ethernet для самых маленьких
Если не знаешь ответов на эти вопросы, а читать стандарты и серьезную литературу по теме лень — прошу под кат.
Кто-то считает, что это очевидные вещи, другие скажут, что скучная и ненужная теория. Тем не менее на собеседованиях периодически можно услышать подобные вопросы. Мое мнение: о том, о чем ниже пойдет речь, нужно знать всем, кому приходится брать в руки «обжимку» 8P8C (этот разъем обычно ошибочно называют RJ-45). На академическую глубину не претендую, воздержусь от формул и таблиц, так же за бортом оставим линейное кодирование. Речь пойдет в основном о медных проводах, не об оптике, т.к. они шире распространены в быту.
Технология Ethernet описывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный. Дальше будем говорить только о физическом, т.е. о том, как передаются биты между двумя соседними устройствами.
Технология Ethernet — часть богатого наследия исследовательского центра Xerox PARC. Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель — разделяемая среда передачи. Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется шина. Однако если хотябы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией, а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи — доменом коллизий. Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналов в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого — фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.
Диаметр коллизионного домена и минимальный размер кадра
Теперь давайте представим, что будет, если в сети, изображенной на рисунке, узлы A и С одновременно начнут передачу, но успеют ее закончить раньше, чем примут сигнал друг друга. Это возможно, при достаточно коротком передаваемом сообщении и достаточно длинном кабеле, ведь как нам известно из школьной программы, скорость распространения любых сигналов в лучшем случае составляет C=3*10 8 м/с. Т.к. каждый из передающих узлов примет встречный сигнал только после того, как уже закончит передавать свое сообщение — факт того, что произошла коллизия не будет установлен ни одним из них, а значит повторной передачи кадров не будет. Зато узел B на входе получит сумму сигналов и не сможет корректно принять ни один из них. Для того, чтоб такой ситуации не произошло необходимо ограничить размер домена коллизий и минимальный размер кадра. Не трудно догадаться, что эти величины прямо пропорциональны друг другу. В случае же если объем передаваемой информации не дотягивает до минимального кадра, то его увеличивают за счет специального поля pad, название которого можно перевести как заполнитель.
Таким образом чем больше потенциальный размер сегмента сети, тем больше накладных расходов уходит на передачу порций данных маленького размера. Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.
Витая пара и дуплексный режим рабты
Витая пара в качестве среды передачи отличается от коаксиального кабеля тем, что может соединять только два узла и использует разделенные среды для передачи информации в разных направлениях. Одна пара используется для передачи (1,2 контакты, как правило оранжевый и бело-оранжевый провода) и одна пара для приема (3,6 контакты, как правило зеленый и бело-зеленый провода). На активном сетевом оборудовании наоборот. Не трудно заметить, что пропущена центральная пара контактов: 4, 5. Эту пару специально оставили свободной, если в ту же розетку вставить RJ11, то он займет как раз свободные контакты. Таким образом можно использовать один кабели и одну розетку, для LAN и, например, телефона. Пары в кабеле выбраны таким образом, чтоб свести к минимуму взаимное влияние сигналов друг на друга и улучшить качество связи. Провода одной пару свиты между собой для того, чтоб влияние внешних помех на оба провода в паре было примерно одинаковым.
Для соединения двух однотипных устройств, к примеру двух компьютеров, используется так называемый кроссовер-кабель(crossover), в котором одна пара соединяет контакты 1,2 одной стороны и 3,6 другой, а вторая наоборот: 3,6 контакты одной стороны и 1,2 другой. Это нужно для того, чтоб соединить приемник с передатчиком, если использовать прямой кабель, то получится приемник-приемник, передатчик-передатчик. Хотя сейчас это имеет значение только если работать с каким-то архаичным оборудованием, т.к. почти всё современное оборудование поддерживает Auto-MDIX — технология позволяющая интерфейсу автоматически определять на какой паре прием, а на какой передача.
Возникает вопрос: откуда берется ограничение на длину сегмента у Ethernet по витой паре, если нет разделяемой среды? Всё дело в том, первые сети построенные на витой паре использовали концентраторы. Концентратор (иначе говоря многовходовый повторитель) — устройство имеющее несколько портов Ethernet и транслирующее полученный пакет во все порты кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом если концентратор начинал принимать сигналы сразу с двух портов, то он не знал, что транслировать в остальные порты, это была коллизия. То же касалось и первых Ethernet-сетей использующих оптику (10Base-FL).
Зачем же тогда использовать 4х-парный кабель, если из 4х пар используются только две? Резонный вопрос, и вот несколько причин для того, чтобы делать это:
Не смотря на это на практике часто используют 2х-парный кабель, подключают сразу 2 компьютера по одному 4х-парному, либо используют свободные пары для подключения телефона.
Gigabit Ethernet
В отличии от своих предшественников Gigabit Ethernet всегда использует для передачи одновременно все 4 пары. Причем сразу в двух направлениях. Кроме того информация кодируется не двумя уровнями как обычно (0 и 1), а четырьмя (00,01,10,11). Т.е. уровень напряжения в каждый конкретный момент кодирует не один, а сразу два бита. Это сделано для того, чтоб снизить частоту модуляции с 250 МГц до 125 МГц. Кроме того добавлен пятый уровень, для создания избыточности кода. Он делает возможной коррекцию ошибок на приеме. Такой вид кодирования называется пятиуровневым импульсно-амплитудным кодированием (PAM-5). Кроме того, для того, чтоб использовать все пары одновременно для приема и передачи сетевой адаптер вычитает из общего сигнала собственный переданный сигнал, чтоб получить сигнал переданный другой стороной. Таким образом реализуется полнодуплексный режим по одному каналу.
Дальше — больше
10 Gigabit Ethernet уже во всю используется провайдерами, но в SOHO сегменте не применяется, т.к. судя по всему там вполне хватает Gigabit Ethernet. 10GBE качестве среды распространения использует одно- и многомодовое волокно, с или без уплотнением по длине волны, медные кабели с разъемом InfiniBand а так же витую пару в стандарте 10GBASE-T или IEEE 802.3an-2006.
40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE). Разработка этих стандартов была закончена в июле 2010 года. В настоящий момент ведущие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Juniper Networks и Huawei уже заняты разработкой и выпуском первых маршрутизаторов поддерживающих эти технологии.
В заключении стоит упомянуть о перспективной технологии Terabit Ethernet. Боб Меткалф, создатель предположил, что технология будет разработана к 2015 году, и так же сказал:
Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое
UPD: Спасибо хабраюзеру Nickel3000, что подсказал, про то что разъем, который я всю жизнь называл RJ45 на самом деле 8P8C.
UPD2:: Спасибо пользователю Wott, что объяснил, почему используются контакты 1,2,3 и 6.
Ток по кабелю Ethernet
Power-over-LAN обеспечивает независимое питание сетевых устройств.
IP-телефоны, точки доступа беспроводных локальных сетей (Wireless Local Area Network, WLAN) и прочие сетевые компоненты до сих пор оснащаются отдельными блоками питания. При инсталляции оборудования в местах, где розетки не установлены, приходится проводить дорогостоящие работы по прокладке электропроводки, а обеспечить питанием каждый отдельно взятый компонент в аварийных ситуациях можно только путем сравнительно высоких затрат. Технология передачи электроэнергии по локальной сети (Power-over-LAN) призвана содействовать преодолению подобных трудностей и позволяет осуществлять интегрированную передачу данных, речи и электрического тока через сеть. Концепция, стоящая за этим, достаточно проста: соединенные в сеть компоненты, например точки доступа беспроводных локальных сетей (Wireless Local Area Network, WLAN), камеры Web или коммутаторы, получают ток по стандартному кабелю Ethernet. Преимуществами такого подхода являются повышенная надежность подключенных компонентов, а также снижение затрат на эксплуатацию инфраструктуры. Наряду с применением на предприятии, возможности технологии можно использовать для обеспечения доступа в Internet в самолетах, поездах или в общественных местах («горячие точки») — в аэропортах, театрах или конференц-залах. Тем самым Power-over-LAN могла бы стать универсальным стандартом электропитания для мобильных пользователей.
СТАНДАРТ IEEE802.3AF
В 1999 г. в Институте инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) была создана группа разработчиков, перед которой стояла задача стандартизации применения технологии электропитания по сетям Ethernet. Сегодня Power-over-Ethernet является самой распространенной спецификацией для передачи данных в сетях. Рабочая группа под названием 802.3af (питание DTE через MDI) была подчинена специальной группе IEEE 802.3, отвечавшей в свое время за утверждение спецификации Ethernet. Проект документа IEEE 802.3 содержит подробную информацию о разработке электропитающих компонентов Ethernet. Окончательная ратификация, правда, пока отсутствует.
Siemens, 3Com, Nortel, Avaya, Cisco, Alcatel и Mitel активно применяют Power-over-LAN и уже начали выпуск IP-телефонов с поддержкой этой технологии. Некоторые из устройств, где до сих пор используются нестандартные технологии, вскоре должны быть приведены в полное соответствие со стандартом 802.3af. Конфликты между компонентами на базе устаревших стандартов и 802.3аf-совместимыми IP-телефонами можно, таким образом, исключить. Информацию о совместимости устройств в случае смешанной эксплуатации можно получить у производителя.
В инфраструктуре локальной сети каждая из подключенных к сети систем снабжается электропитанием отдельно от остальных. Чем больше компонентов подключено к сети, тем выше будет стоимость дополнительной проводки. Более того, сетевые компоненты иной раз приходится размещать в местах, где поблизости нет ни одной розетки. Так, например, точки доступа беспроводной локальной сети часто располагаются на потолке, а камеры Web устанавливаются в большинстве случаев под специальными углами или на определенной высоте в стороне от розеток. Устройства считывания магнитных карт перед дверьми или въездом на какую-либо территорию также лишь в очень редких случаях находятся рядом с источниками питания.
Непрерывную работу оборудования обеспечивает источник бесперебойного питания (Uninterruptible Power Supply, UPS). До сих пор в подобных случаях каждый компонент обычно снабжался отдельным источником, а в качестве альтернативы инсталлировалась сеть переменного тока. Технология Power-over-LAN позволяет параллельно с сетью передачи данных сформировать топологию «точка — много точек» для подачи электрического тока. Эта конфигурация позволяет ограничиться единственной централизованной системой бесперебойного питания для всех подключенных к сети компонентов.
Технология электропитания по локальной сети позволяет одновременно передавать данные и ток, при этом целостность данных никоим образом не нарушается. Имеющиеся унаследованные системы, локально снабжаемые током компоненты Ethernet или сетевая проводка также не подвергаются опасности. Более того, для использования технологии Power-over-LAN изменение уже существующей кабельной инфраструктуры вовсе не обязательно. Все прежние компоненты Ethernet могут работать в сети наряду с системами, соответствующими новому стандарту Power-over-LAN. Это достигается благодаря интегрированному на каждом питающем порту механизму обнаружения компонентов с поддержкой Power-over-LAN, в функции которого входит однозначная классификация всех подключенных конечных устройств. Таким образом, ток получают только сетевые компоненты с аутентифицированной сигнатурой Power-over-LAN, а все остальные системы, соответственно, только данные.
 |
| Рисунок 1. Технология питания по локальной сети (Power-over-LAN) позволяет интегрировать передачу данных, речи и тока в сети Ethernet. Нет необходимости в устройствах 1-4: 1-Отдельный ИБП, 2-Розетка, 3-Адаптер AC/DC/, 4-Электросеть; 5-Информационная розетка, 6-IP-телефон, 7-Интегрированный модуль, 8-Вспомогательное решение, 9-Коммутатор Ethernet |
СМЕШАННАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ КОМПОНЕНТОВ POWER-OVER-LAN
Номинальное напряжение подаваемого по сети постоянного тока достигает 48 В. Сила подаваемого на каждый узел сети тока ограничена величиной 350 мА и соответствует действующему стандарту безопасности и предъявляемым к проводке требованиям. Тем самым общая потребляемая мощность тока достигает приблизительно 13 Вт и может быть измерена на каждом узле сети. При этом в расчет уже принята имеющая место утечка тока в кабеле длиной до 100 м. Беспроводные же локальные вычислительные сети и камеры Web потребляют, как правило, от 3,5 до 9 Вт.
Стандарт 802.3af предусматривает установку двух типов оборудования подачи энергии (Power Sourcing Equipment, PSE): самостоятельных (End-Span) и вспомогательных (Mid-Span). Самостоятельными продуктами являются коммутаторами Ethernet с интегрированной технологией подачи питания через локальную сеть. В случае вспомогательных компонентов речь идет в основном о концентраторах Power-over-LAN с количеством портов от шести до 24. Они устанавливаются между коммутатором Ethernet и конечными устройствами: точками доступа WLAN или Bluetooth, телефонами для передачи голоса по IP (Voice over IP, VoIP) или камерами Web. Каждый канал передачи вспомогательного устройства обладает одним портом для входа данных и комбинированным выходом RJ-45 для данных и тока.
Вспомогательные продукты служат для расширения сети без замены имеющихся коммутаторов. Кроме того, с их помощью организуют сети с небольшой плотностью портов Power-over-LAN. Такие производители, как 3Com, Avaya, Nortel, Ericsson, Powerdsine, Siemens, Mitel, NED, Proxim, Symbol, Compaq и Intermec, уже сегодня предлагают подобные продукты. Типичный вспомогательный компонент занимает не более одной единицы высоты в шкафу шириной 19? и оснащен 24 каналами, а также опционально поддержкой SNMP. При дальнейшем расширении сетей при покупке нового коммутатора следует обращать внимание на то, чтобы он соответствовал стандарту технологии питания по локальной сети 802.3af.
КОМБИНИРОВАННАЯ ПЕРЕДАЧА ТОКА И ДАННЫХ
Основная проблема в процессе разработки технологии питания через локальную сеть заключалась в значении параметров для передачи по кабелям, на основании которых определяется допустимое количество звеньев передачи между коммутатором и трансивером физического уровня подключенного конечного устройства. Кроме того, многое зависит от длины кабеля, общего количества компонентов, а также от совокупности имеющихся электромагнитных помех и ослабления сигнала.
Ограничения со стороны параметров передачи сокращали возможности по интеграции во вспомогательные компоненты линейных трансформаторов или изолирующих конденсаторов между входными и выходными разъемами каждого отдельного канала. Четыре предназначенных для передачи провода должны быть, таким образом, непосредственно соединены друг с другом. Это означает, что вспомогательные устройства могут устанавливаться только при коммуникациях на основе 10/100BaseT на базе проводки Категории 5, т. е. проводки наиболее распространенного типа.
Вспомогательные компоненты для подачи тока используют провода 4 и 5, а также 7 и 8, т. е. обе свободные пары. Для этих же целей самостоятельные устройства используют пары 1-2 и 3-6. Поэтому важно, чтобы снабжаемые током компоненты не только обладали действительной сигнатурой Power-over-LAN, но и были в состоянии принимать ток по любой комбинации пар проводов.
В самостоятельных устройствах, которые в сетевой среде применяются вместе с четырехпарными кабелями, в инфраструктурах Gigabit Ethernet для подачи питания используются две пары проводов; ток при этом подается между обеими парами «невидимо». Передача данных и тока выполняется параллельно, что препятствует возникновению взаимных помех. Токовое соединение происходит между центральными отводами магнитных катушек соответствующих линейных трансформаторов, ответственных за прием и передачу.
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ЗАЩИТНЫЙ МЕХАНИЗМ
КАК ЗАСТАВИТЬ ИМЕЮЩИЕСЯ КОММУТАТОРЫ ПОДДЕРЖИВАТЬ POWER-OVER-LAN
Уже размещенные в сети компоненты Ethernet сравнительно нетрудно преобразовать для работы в сети Power-over-LAN. Каждый из них нужно подключить так, чтобы он работал при входном токе с напряжением от 36 до 57 В. Устройство должно обладать сигнатурой Power-over-LAN, имеющей входное сопротивление величиной 25 кОм, а при продолжительной подаче тока не потреблять мощность более 12,95 Вт.
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: