Витая пара: FTP и UTP

Что такое витая пара?

 Как только в мире появилось больше одного компьютера, сразу же возникла идея организовать обмен данными между ними, а в идеале – создать сеть обмена данными между всеми компьютерами в мире. Все началось с организации локальных компьютерных сетей (LAN). На начальном этапе компьютеры использовали уже имеющуюся кабельную сеть – телефонную. Специальное устройство, ADSL модем, организовывало вызов удаленного номера и передачу информации по обычной двухпроводной телефонной линии. Скорость передачи была небольшой из-за мощного действия электромагнитных помех. Тот, кто еще застал разговоры по аналоговому стационарному телефону, хорошо помнит шум в микрофоне, щелчок и шипение. Все эти шумы часто воспринимались декодером модема как информационный сигнал, поэтому такое соединение было ненадежным, а если учесть постоянные прерывания во время сессии, о нормальном доступе в Интернет потребители могли только мечтать.

Появилась необходимость в построении чисто цифровых, отделенных от телефонных, компьютерных сетей. В начале 2000-х «выделенная линия» была предметом гордости владельцев и зависти тех, кто не мог ее себе позволить.

Однако прогресс не стоит на месте, и теперь каждый компьютер или другой цифровой гаджет нуждается в доступе в Интернет. Функционирование Всемирной сети заставило людей проложить мощные кабели на морском дне, запустить в космос тысячи спутников связи, погрузить серверы на дно океанских впадин, чтобы обеспечить их охлаждение. А для домашних сетей было разработано недорогое оборудование и специальный провод связи.

Электромагнитная волна приводит сигнал (т.е. переменное напряжение) в любом проводнике, поэтому тот служит своеобразной антенной. Максимальное значение сигнала достигается тогда, когда длина антенны соразмерна с длиной радиоволны. Наверное, все слышали о радиоволнах метрового, дециметрового, сантиметрового диапазона. В общем, цифровой сигнал, в большинстве своем представляет собой последовательность «нулей» и «единиц» (т.е. отсутствия и наличия напряжения), сам по себе достаточно защищен от действия электромагнитных помех, однако это работает только на низких частотах до нескольких десятков килогерц. Высокочастотные помехи слишком похожи на короткие прямоугольные импульсы цифрового сигнала, поэтому для обеспечения гарантированного приема разработчикам пришлось пойти на уловки.

Например, если сделать проводники в кабеле не параллельными, а скрученными в спираль, то наведенное напряжение в одной половине витка будет иметь положительное, а в другом – отрицательное значение, что в итоге дает ноль. Другими словами, благодаря такой форме помехи самокомпенсируются. Поскольку для замкнутого круга нужны два провода, такой кабель назвали «витым паром».

Витая пара (англ. twisted pair) — вид сетевого кабеля, с одной или несколькими парами изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим количеством витков на единицу длины) для уменьшения взаимных наводок при передаче сигнала и покрытых пластиковой оболочкой. Используется для построения сетей во многих технологиях, например Ethernet, ARCNet и Token ring. В последнее время, благодаря своей дешевизне и легкости установки, является самой распространенной для построения локальных сетей.

Кабель подключается к сетям с помощью соединителя 8P8C, то есть это штекер и розетка с восьми пенами.

Витая пара поддерживает передачу данных на расстояние до примерно 100 метров. На больших расстояниях сигнал из-за затухания не распознается, к тому же возрастает влияние электромагнитных помех низкой частоты, что приводит к неправильному считыванию сигнала. Если передача данных на большее расстояние все же необходима, нужно воспользоваться повторителем или задействовать коаксиальный кабель.

Другим способом избежать помех является экранирование кабеля. В зависимости от защиты — электрически заземленной медной сетки или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар, определяют разновидности этой технологии:

• неэкранированная витая пара (UTP — Unshielded twisted pair): скрученные пары проводов окружены оболочкой;
  
• экранированная витая пара (STP — Shielded twisted pair): пары окружены медной сеткой, как в антенном кабеле, сверху покрытые оболочкой;
• фольгированный витой пар (FTP — Foiled twisted pair): пары завернуты в металлическую фольгу, которая сверху покрыта оболочкой;
• фольгированная экранированная витая пара (SFTP – Shielded Foiled twisted pair): каждая пара завернута в собственную фольгу, все они покрыты экраном, затем оболочкой.

В некоторых типах экранированного кабеля защита может использоваться еще и вокруг каждой пары. Экранирование обеспечивает лучшую защиту от электромагнитных наводок как внешних, так и внутренних (одна витая пара вполне может наводить свой сигнал на соседнюю внутри кабеля).

По скорости передачи сигнала, измеряемой в мегабитах в секунду (Мбит/с), кабель передачи данных делится на категории (CAT). Кабель высшей категории обычно содержит больше пар проводов, и каждая пара имеет больше витков на единицу длины (чтобы нивелировать влияние помех более высокой частоты).

CAT 1 — телефонный кабель, всего одна пара, витая только на Западе. В советские времена выглядела залитого одним слоем изоляции провода марки ТРП или ТРО, которые в народе называли «лапшей» из-за внешнего сходства с этим видом макарон. Используется только для передачи голоса или данных с помощью модема DSL. Полоса частот 0,1-0,4 МГц.

CAT 2 – старый тип кабеля из 2-х пар проводников, поддерживавший передачу данных на скоростях до 4 Мбит/с. Сейчас иногда встречается в телефонных сетях. Полоса частот 1-4 МГц.

CAT 3 – 2-парный кабель, поддерживающий скорость передачи данных только до 10 Мбит/с. До сих пор встречается в телефонных сетях. Полоса частот 16 МГц.

CAT 4 – кабель состоит из 4-х скрученных пар, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с, сейчас не используется. Полоса частот 20 МГц.

САТ 5 – 4-парный кабель, это и есть то, что обычно называют кабель «витая пара». Используется при построении локальных сетей и для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4 пар. Полоса частот 100 МГц.

CAT 5e – 4-парный кабель, усовершенствованная категория 5. Скорость передач данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4 пар. Кабель категории 5e наиболее распространен и используется для построения компьютерных сетей. Иногда встречается двухпарный кабель категории 5e. Преимущества данного кабеля в более низкой себестоимости и меньшей толщине. Полоса частот 100 МГц.

CAT 6 – Применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10000 Мбит/с, пропускает сигналы частотой до 200 МГц. Существует категория CAT 6е, в которой увеличена пропускаемая частота сигнала до 500 МГц. 70% установленных сетей в 2004 году использовали кабель категории CAT 6, однако, возможно, это просто дань моде, так как кабели CAT 5 и CAT 5e вполне справляются. Полоса частот 250 МГц.

CAT 6a – состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с на расстояние до 100 метров. Кабель этой категории имеет либо общий экран (F/UTP), либо экраны вокруг каждой пары (U/FTP). Полоса частот 500 МГц.

Кабели высших стандартов (Cat 7, Cat 7a) еще не получили всех отраслевых сертификатов, а кабели CAT 8/CAT 8.1, CAT 8.2 вообще находятся на этапе разработки. Это технологии будущего, обещающие скорость передачи данных до 40 Гбит/с и полосу частот 1600-2000 МГц.

Как выбрать витую пару?

• Не экономить на качестве. Выбирать только медные кабели, хотя на рынке можно встретить и дешевый алюминиевый, или биметаллический аналог, ломкий и окисляющийся на воздухе. Следить за диаметром меди: не менее AWG 24 (по-нашему 0,51 мм, удельное сопротивление 0,0842 Ом/м). Не следует, однако, использовать слишком толстый кабель. К примеру, стандарт AWG 22 (диаметр 0,64 мм, 0,0530 Ом/м) является максимальным, который можно обжать в модулях розеток и штекерах, да и то не во всех, особенно китайских.
• Выбирать провод категории 5е. Внедрение гигабитных сетей не за горами, поэтому могут понадобиться все четыре пары. Кабель категории 6а еще более перспективен, но такая скорость для домашнего интернета избыточна, даже если вы собираетесь смотреть потоковое видео в качестве 4К. Он используется для серверного оборудования.
• Проводники должны быть монолитны. У них лучшая проводимость и механическая стойкость, больший срок службы, они надежно обжимаются в коннекторах. Подходят как для прокладки в штукатурке, так и по плинтусу. Мягкий многожильный кабель допускается только в виде обжатых и залитых на заводе коротких (до 5м) патч-кордов, выдерживающих сильные и частые сгибы.
• Если это кабель для дома, где нет GSM-усилителей, микроволновок или других источников высокочастотного излучения, вполне подойдет обычный UTP. Экран в FTP эффективен только при условии подсоединения его к заземляющему проводу и использованию специальных экранированных коннекторов. Поэтому FTP целесообразно использовать для прокладки интернета в многоквартирных домах, на улице или на большое расстояние. Кабель типа SFTP имеет смысл использовать только в местах, где действуют сильные помехи (для управления оборудованием на производстве, энергетике и т.п.).
• Если кабель предназначен для прокладки внутри помещений, изоляция должна быть толстой и мягкой, тогда она не переломится, не перетрется, кабель можно легко согнуть в кабеле или штробе. Для наружного кабеля изоляция напротив должна быть плотной, стойкой к истиранию, с высокой механической прочностью. При сжатии кабеля пара не должны изменять свое относительное положение в пучке.

И, конечно же, прокладку домашней сети лучше доверить профессиональному электрику, знакомому с правилами прокладки кабеля и обжатием его в розетках и коннекторах.