Витая пара: что это такое, пропускная способность, виды

Конструкция кабеля

Состоит кабель из :

• Проводник в изоляции,
• Внешняя пластиковая оболочка
• разрывная нить
• защитный экран. (cat.5)и выше

Проводники

В качестве проводников используются как монолитные медные жилы, толщина которых составляет 0.4 — 0.6 мм, так и пучки, состоящие из множества жил. Размеры выражаются либо с помощью привычной для нас метрической системы, либо в соответствии с американскими стандартами калибровки проводов AWG. Например, в обычных четырехпарных кабелях применяются проводники, имеющие диаметр жилы 0.51 мм. По американской системе это будет составлять 24 AWG.

Изоляция проводников

Изоляционный материал обычно изготавливают из поливинилхлорида (английская аббревиатура PVC). Для более качественных кабелей 5-ой категории используется полипропилен, полиэтилен. Кабель наивысшего качества выпускают с изоляцией из ячеистого (вспененного) полиэтилена, обеспечивающего кабель низкими диэлектрическими потерями, или же тефлона. Толщина изоляции проводников составляет — 0,2 мм.

Разрывная нить

Разрывная нить, используемая в кабеле, позволяет добраться до сердечника, не нарушая изоляцию жил. Как правило, данная нить изготавливается из капрона, так как этот материал достаточно прочен и не позволяет кабелю растягиваться.

Причины скрутки

Зачем скручивают по парам? В первую очередь это увеличивает надёжность структуры внутри первичной оплётки. При этом не будет опасности, что провода внутри распадутся, что может привести к поломки при монтаже. Кто хоть раз прокладывал кабель знают, что это важно при протаскивании нескольких кабелей в небольшое отверстие в стене. Если внутри пары были бы не скручены, то это приводило к большему числу внутренних надломов. А выявить это после прокладки длинного кабеля очень сложно.

Второй причиной является улучшение качества передачи. Электромагнитное, магнитное, воздействие извне влияет не на всю площадь кабеля, а поочередно из-за скрутки, тем самым увеличивается длина передачи данных.

Информация же идёт одинаково по парам. И если на пути встречается помеха, то приёмник принимает оба сигнала и просто вычитает помеху. То есть второй дополнительный провод нужен для проверки правильности передаваемых сигналов.

Скручивание так и действует – при ближнем расположении первого провода на него идёт максимальное воздействие окружающей среды. На втором парном проводе воздействие минимальное, так как он прячется за первый. А в конце сигналы складываются.

ПРИМЕЧАНИЕ! Внутри провода маркируются парно по цветам: оранжевый, бело-оранжевый, зелёный, бело-зелёный, синий, бело-синий, коричневый, бело-коричневый.

Сейчас многие наверно подумали – так ведь если использовать для пропуска информации все 8 жил, то скорость увеличится в 2 раза. Да, вы совершенно правы. Но тут встаёт вопрос об уменьшении или полной защите от электромагнитного воздействия, дабы уменьшить шанс возникновения шумов при передаче информации.

Для этого есть высококлассные провода с функцией экранирования. Тогда электромагнитное воздействие почти не будет влиять на сигнал, шумов почти не будет и можно будет использовать все 4 пары жил. Про оплётку будет рассказано чуть ниже.

Число жил

Провод состоит из жил. Количество этих жил должно быть кратно 2. На данный момент существуют кабели с одной парой – 2 жилы, с двумя парами – 4 жилы и четырьмя парами – 8 жил.

Разновидности кабелей

Выпускаются витые пары различных конструкций, некоторые из них имеют экран. Для домашних и офисных сетей, покрывающих незначительные площади, без помех от разных источников, допускается использование кабелей без экранирования. При значительных расстояниях и на участках, куда достигают электромагнитные наводки, рекомендуется прокладка кабелей, оснащенных экраном. Защитный экран исключает электромагнитные помехи любого происхождения.

Он на протяжении всей длины присоединен к проводу, выполняющему роль дренажа без изоляции. Дренажный кабель объединяет экран, если произошло его отсоединение при перекручивании или растяжке кабеля. В сетях ЛВС, LAN, функционирующих на скорости 100 или 1000 Мбит/сек. чаще используются кабели без экранирования. Но, специалисты напоминают, что согласно утвержденных стандартов установка высокоскоростной сети 10 Гбит/с и выше подразумевает использование кабелей, имеющих защитные экраны.

• UTP или U/UTP (витая пара, у которой защитный экран отсутствует;
• FTP или F/UTP – у кабеля имеется защита в виде одного внешнего фольгированного слоя;
• STP – каждая пара проводников оснащена экраном и внешняя сторона кабеля покрыта защитным материалом, напоминающим сетку;
• SSTP или S/FTP – каждая из пар проводников покрыта слоем материала — фольги, внешне кабель защищен экраном;
• U/STP – у кабеля нет общего экрана, но каждая пара покрыта защитным слоем фольги;
• SFTP или SF/UTP – каждая отдельная пара снабжена индивидуальной защитой, кабель оснащен двумя внешними экранами – фольгированным и сеткой из меди. Между ними проложен проводник-дренаж.

Присутствие и разновидность экрана является основным отличием у витых пар. Он не допускает вмешательство помех извне, например, если невозможен монтаж пары отдельно от силовых кабелей. Производители могут включать дополнительные значения в маркировку, исходя из структурного состава кабеля, например:

• AWG (калибр) – толщина провода согласно американской системы маркировки.
• Моножила – кабель широко распространен благодаря невысокой стоимости. Ее используют для укрепления участков прокладки, которые чаще изгибаются и для создания патчкорда – части кабеля определенного размера, имеющего на концах коннекторы, соединяющие два прибора.
• Диаметр – минимальный — 0,4, максимальный — 0,64 мм. По стандартным требованиям для изготовления кабелей 5 и 6 категории применяют жилы, диметр которых не меньше 0,51 мм или 24AWG.
• Количество пар – может достигать тысячи. Для компьютерных систем достаточно 4-х парного кабеля. Причем, функционирование всех пар происходит только в том случае, если скорость передачи данных не выше 1 Гбит/с. При скорости до 100 Мбит/с можно прокладывать 2-х парный кабель.
• Качество внешних оболочек – как и в случае с остальными кабелями, у витых пар она связана с условиями электромонтажа, реализацией, поддержкой и восстановлением качества технической системы.

Разновидности оболочек:

РVС — из пластиката поливинилхлорида. Предназначен для внутреннего использования.

РР – из термопластичного полимера пропена. Предназначен для наружной проводки, выдерживает высокую температуру – до +140 градусов по Цельсию.

РЕ – из термопластичного полимера этилена. Для открытого (наружного) проведения.

FR – кабель с огнезащитой. Функционирует в условиях открытого огня в течение заданного времени. Современные стандарты выделяют три вида огнестойких покрытий, рассчитанных на полчаса, 1,5 часа и 3 часа.

LS – оболочка из материала со сниженным дымовыделением в процессе горения.

ZН – материал покрытия Зеро Галоген, не выделяющий ядовитых галогеновых газов во время горения.

В – кабель обвит броней, в качестве которой чаще применяют ленту из стали.

С – кабель с тросом, натягивающим его между зданиями или сооружениями.

Чтобы идентифицировать и указать назначение материала оболочки, производители используют различные цвета. Так, если она черного цвета, значит кабелю не страшна сырость. Материал, стойкий к горению, обычного оранжевого оттенка. А для внутреннего использования в жилых домах и офисах лучше брать светло-серые сетевые кабели, они подходят для подобного.

Если продукт отмечен маркировкой U/UTP 4 саt.5e sоlid 24АWG LSZH, то она расшифровывается следующим образом:

• у кабеля нет экранирования;
• у продукта витых пар 4, каждая состоит их двух жил;
• состоит из четырех пар по 2 проводника;
• кабель пятой категории;
• проводник типа «solid» — однопроволочный;
• жила 0,51 мм диаметра;
• оболочка выполнена из безгалогенного материала, со сниженным выделением дыма.

Маркировка

Маркировка включает в себя такие обязательные составляющие:

• производитель
• тип кабеля
• метровые или футовые метки

Моножильный кабель

В данном случае каждый провод включает в себя лишь одну медную проволоку, называемую жила-монолит. Моножильный кабель лучше всего подходит для прокладки в стенах, коробах и т.п. с последующим терминированием розетками. Это вызвано тем, что довольно толстые медные жилы, при частых изгибах, легко ломаются. Данный кабель, как правило, не контактирует напрямую с подключаемым оборудованием, для этих целей лучше подходит многожильный кабель.

Многожильный кабель

Многожильный кабель, соответственно, состоит из нескольких проводников. Данный тип отлично подходит для тех условий, когда кабель подвергается изгибам и скручиваниям, но, в тоже время, он не совместим с «врезанием» жил в разъем розетки, так как тонкие жилы не предназначены для этого – они попросту ломаются. В общем, многожильный кабель является идеальным решением для соединения оборудования с розетками. Однако, большая величина затухания сигнала у кабеля, по сравнению с моножильным типом, ограничивает максимально возможное расстояние от оборудования до розетки, и составляет 120 метров.

В зависимости от наличия, а также вида установленной защиты (экранирования) против различного рода электромагнитных помех, выделяют следующие типы кабеля:

• Неэкранированный кабель (англ. UTP). Как понятно из названия – данный тип не имеет защиты от помех.
• Фольгированный кабель (англ. FTP, или же F/UTP). В данном случае, защитный экран представляет собой слой фольги.
• Экранированный кабель (англ. STP). Каждая пара проводников имеет свою защиту в виде экрана.
• Фольгированный экранированный кабель (англ. S/FTP или же SSTP). Данный тип подразумевает фольгированную защиту каждой пары проводников и помещение их во внешний медный экран.
• Двойной фольгированный кабель (англ. SFTP). От предыдущего данный тип отличается тем, что защите подвергается не каждая пара проводников, а все проводники, т.е. у них два общих внешних экрана – из фольги и из меди.

Кабель экранируется с целью защиты от электромагнитных помех. Стоит отметить, что экран непосредственно соединяется с неизолированным дренажным проводом, служащим для предотвращения разрыва и растяжения экрана.

Зачем нужно скручивание?

Витая пара (компьютерный провод в локальной сети) пользуется популярность благодаря устойчивости к электромагнитным помехам. Это становится возможным благодаря двум факторам:

• скручивание проводников с определённым шагом;
• подача сигнала по одному кабелю пары в противофазе по отношению к другому.

Таким образом, помехи равномерно влияют на проводники в скрутке, а также снижаются взаимные наводки в процессе передачи сигнала.

Классификация

Что такое кабель витая пара и для чего она нужна — вопрос, ответ на который зависит от типа и категории провода. Чтобы разобраться с этим вопросом, потребуется рассмотреть классификацию ВП.

#1 Количество жил

В зависимости от условий эксплуатации и монтажа используют:

1. Монолитный (одножильный). Каждый провод — это одна медная проволока, довольно толстая (0,3-0,6 мм), но хрупкая. Их используют для монтажа внутри стен, коробов и за панелями, чтобы затем коммутировать к розеткам.
2. Многожильный. Пучок нескольких тонких жил объединён в один провод, такое решение улучшает гибкость, однако из-за сильного затухания сигнала не рекомендуется использовать многожильные провода длиной более 100 метров. Именно такая ВП используется в домах и офисах для прокладки локальной сети от роутера к компьютеру.

#2 Количество скруток

Как правило, используются двух- и четырехпарные ВП, однако существует стандарт и для одной скрутки, но он считается устаревшим, и иногда используется для подключения модемного интернета.

Среди типичного примера использования четырёхпарного провода — задача, как к розетке подключить витую пару (подсоединить сеть). В таких ситуациях лучше использовать одножильный кабель, состоящий из 4 скруток.

#4 Поперечный срез

ВП бывает круглого и плоского среза. Круглые ВП универсальны, в то время как плоские ВП предназначены для прокладки под коврами или обоями.

#4 Способ экранирования

Экранирование используется для защиты ВП от электромагнитного воздействия:

• UTP (U/UTP) — без защиты.
• FTP (F/UTP) — общий для всех скруток экран из фольги.
• STP (S/UTP) — общая для всех скруток оболочка из металлической оплётки.
• U/FTP — фольгированы только скрутки.
• F/FTP — фольгированы и отдельные скрутки, и весь кабель.
• S/FTP — скрутки фольгированы, а весь кабель защищён оплёткой.
• SF/FTP — скрутки экранированы фольгой, а весь кабель защищён и фольгой, и оплёткой.

#5 Цвет оболочки

Цвет оболочки указывает на область применения:

• чёрный цвет говорит о дополнительном слое полиэтилена, поэтому такие ВП применяют вне жилых помещений;
• оранжевый (маркировка LSZH) провод покрыт оболочкой, устойчивой к огню и предназначен для пожароопасных условий;
• серый кабель не имеет дополнительной защиты и используется в офисах и жилых помещениях.

Кроме описанных характеристик, ВП также имеет разный пропускаемый частотный диапазон (МГц), в зависимости от которого кабелю присваивается категория.

Витая пара FTP или UTP: отличия и советы по выбору

Нет однозначного ответа на вопрос о том, какой из этих вариантов лучше. При аналогичных условиях стандарты разных стран подразумевают монтаж UTP и/или FTP кабеля. Чтобы сделать рациональный выбор, нужно опираться на условия эксплуатации.

Виды кабелей и их различия

Для кабеля FTP и UTP отличия заключаются в:

• защите от помех;
• необходимости заземления;
• дальности передачи;
• гибкости;
• устойчивости к низкочастотным шумам

Необходимо четко расставить приоритеты между указанными пунктами, выбрав наиболее подходящее предложение. Рекомендуется учитывать репутацию производителя и используемые материалы.

Схемы соединений

Чаще всего сетевые коннекторы называют RJ-45, но, более грамотно их именовать 8P8C, так как RJ – это аббревиатура стандарта эр-джей — стандартизированного физического сетевого интерфейса, который описывает конструкторское строение обоих частей разъемных соединений. Тип схемы обжима зависит от нескольких факторов – назначения транка, особенностей применяемых технологических решений и стандарта сети. В некоторых случаях используется схема прямого обжима, но, иногда требуется обратный – перекрестный метод обжимки патчкордов. При прокладывании локальной вычислительной сети Ethernet чаще используют схемы 568А и 568В. Их применение соответствует требованиям стандартных нормативов, предъявляемых к кабельным системах зданий, предназначенных для коммерческого использования. При использовании стандартных схем сводятся к минимуму вероятности наводок между проводками одной пары, поэтому целесообразно их применять для сетей с высокой нагрузкой.

Как облегчить монтаж витой пары: секреты из практики

Следует отметить еще некоторые тонкости монтажа витой пары:

• Чтобы отмерить 1 метр кабеля не обязательно искать метки на нем. Длина в 1 метр — это расстояние от кончиков пальцев до противоположного плеча по линии груди человека среднего роста.
• В разъем должна заходить и быть обжата оболочка кабеля. Это помогает избежать случайного срыва разъема. Если вы сняли слишком много оболочки, попробуйте растянуть остаток. Учтите, что в кабелях с толстой оболочкой это работает далеко не всегда.
• Установив коннектор для витой пары, проверьте, чтобы все провода были вставлены в разъем до упора. Зазоры приводят к плохому контакту.
• Пользуйтесь тестерами витой пары для контроля качества установки разъемов. Зачастую достаточно простейших моделей. Более продвинутые устройства позволять собрать максимум доступной информации и даже составить небольшой отчет.

ЛАН-тестер для витой пары: продвинутая модель компании Softing

• Если ситуация требует соединение жил кабеля с применением скотчлоков для витой пары – желательно запастись специальным инструментом — кримперами для кнопочных коннекторов. В отличие от пассатижей они не вредят соединителям и существенно ускоряют монтаж скотчлоков.
• Если вы обжимаете кабель типа FTP/STP экранированными коннекторами для витой пары, рекомендуется сначала подготовить провода для монтажа как для UTP-кабеля, а затем срезать еще часть оболочки и обжать нетронутый экран.
• Помните, что хотя сечение жилы витой пары составляет около 0.5 мм, её применение в качестве проводника допускается только в слаботочных системах. Применять витую пару для запитывания активного оборудования категорически запрещено.

Набор инструментов для работы с кабелем типа витая пара

И последнее. Если вам часто приходится работать с медным кабелем типа витая – соберите свой набор инструментов или возьмите готовый набор инструментов для системного администратора. Можете взять готовой или собрать комплектующие набора по своему усмотрению.

Выбор кабеля для локальной сети

Главной задачей при планировании структурированных кабельных сетей (СКС) является создание инфраструктуры, которая будет использоваться долгие годы. Поэтому, первое с чем требуется определиться – назначение локальной сети. Какие устройства будут к ней подключаться? Где будет прокладываться кабель?

Например, витая пара на 4 жилы категории 5e остаётся отличным выбором для «последнего метра» в сетях FTTx, где 100 Mbps пропускной способности вполне достаточно, а меньшее число пар существенно экономит бюджет. К тому же, средний срок жизни подобного кабеля составляет около 3 лет, а класть туда сверхнадёжный кабель – нерентабельно.

Cat5e всё еще востребована в мире

С другой стороны, локальная сеть современного бизнес-центра будет эксплуатироваться долгое время. Здесь намного перспективнее брать витую пару 6 категории.

В целом основные критерии выбора витой пары следующие:

• Витая пара категории 5e на 2 пары (4 жилы) — слаботочные системы (сигнализация, СКУД), кабельные сети с пропускной способностью не более 100Mbps.
• Витая пара категории 5e на 4 пары (8 жил) — локальные сети для дома и небольшого офиса, сети видеонаблюдения и СКУД. Использование Cat 5e для сетей GE – нежелательно, т.к. подобные скорости обеспечиваются лишь кабелями высокого качества, сопоставимыми по цене с Cat6.
• Витая пара категории 6/6A — уровень доступа локальных сетей офисного или административного здания на скоростях до 3-5 Гбит/с.
• Витая пара категории 7/7A — внутренние сети ЦОД и узлов связи, уровень агрегации корпоративных локальных сетей с пропускной способностью до 10GE включительно. При этом стоит учитывать, что применение витой пары 7 категории оправдано лишь на небольших участках до 50 метров.
• Витая пара категории 8 — внутренние соединения ЦОД на расстояниях от 5 до 15 метров. На меньших расстояниях становится выгоднее использовать direct-attach кабели (SFP-модули соединенные кабелем).

Не стоит забывать и про конструкцию кабеля. Неэкранированная витая пара UTP отлично подходит для подключения рабочих мест или телефонных розеток. Одним словом, мест где наличие внешних помех не критично.

В свою очередь экранированная витая пара FTP больше подходит для подключения офисных точек доступа Wi-Fi, рабочих станций типа «тонкий клиент», требующих постоянного подключения к ЦОД и других линий чувствительных к помехам.

Последнее, но не по важности – цена вопроса. Разница между ближайшими категориями кабеля может достигать 100%. А ведь кабеля требуется много. К тому же модернизация кабельной сети в большинстве случаев означает необходимость косметического ремонта помещений. Да, зачастую проблема решается применением кабельных коробов. Но они далеко не всегда вписываются в интерьер.

Для офисного Wi-Fi лучше использовать Cat6A

На сегодняшний день наиболее перспективным кабелем уровня доступа является Cat6. Пропускная способность витой пары этой категории полностью покрывает потребности офисной сети передачи данных на ближайшие 5-7 лет.

Если же речь идёт о точках доступа – то здесь лучше применить экранированный кабель Cat6A/7. Скорости Wi-Fi растут как на дрожжах, к тому же последние годы наметилась тенденция к созданию беспроводных офисных сетей. И здесь требования к пропускной способности ужесточаются.

Преимущества применения витых пар

• она лучше защищает потоки данных от помех благодаря особенной структуре;
  

• при использовании витой пары для при значительном расстоянии чистота четкость сигнала сохраняется, особенно если использовать экранированный кабель с заземлением;
• рекомендуется применять витую пару на участках, где повышено электромагнитное излучение;
• линия с таким кабелем передает одновременно различные сигналы – аудио, видео, телеметрию.

Но, чтобы воспользоваться всеми преимуществами витой пары рекомендуется выбирать качественный продукт, в котором шаги скрутки проводников точно сбалансированы. Тогда отдельные пары не будут оказываться друг на друга отрицательное воздействие.

Какая витая пара будет завтра?

Несмотря на серьёзную конкуренцию со стороны оптического кабеля, витая пара продолжает прочно удерживать сегмент «последнего метра». Не последнюю роль здесь играет цена и габариты оптических трансиверов, которые не позволяют использовать их в персональных компьютерах и ноутбуках.

Действительно, во многих случаях оптические кабели оказываются перспективнее медных, благодаря большей надёжности и огромному запасу для модернизации. Одна и та же пара волокон может передать и 1GE и 40GE. При этом оптический кабель абсолютно не подвержен электромагнитным помехам, более устойчив к непогоде и влажной среде. Да, монтаж ВОК намного сложнее медных линии, но если расстояние между узлами сети превышает 70 метров, берите оптику — не прогадаете.

Тем не менее, в ближайшие годы рынок витой пары будет продолжать расти. Как ожидают эксперты «ResearchAndMarkets»,[12] к 2023 году более 90% рынка кабеля для передачи данных составит медная витая пара UTP. Кабель Cat5e уже сдаёт позиции более современным Cat6/6A, а кабель Cat7 расширит присутствие на рынке, заняв нишу, которую сейчас занимает Cat6A.

Что касается экзотики вроде витой пары на 6 пар проводников, то она стремительно уходит в прошлое, не в последнюю очередь благодаря распространению IP-телефонии. IP-аппараты уже сравнялись по цене с аналоговыми собратьями, так что сегодня легче и дешевле передать и данные и телефонию по единственному UTP, чем использовать комбинированные решения.

Фактически, главным конкурентом витой пары в её нише «последнего метра» является не оптические, а беспроводные линии. Внедрение стандарта Wi-Fi 6 может серьезно изменить расклад сил в этой области, и как будут развиваться события станет ясно уже совсем скоро, после 2021 года.

Заключение

Металлический кабель витая пара всё ещё остаётся основным способом подключения оконечных устройств к сети передачи данных. Простой, недорогой, надежный. Да, витая пара уступает оптическим линиям в пропускной способности, и беспроводным соединениям в удобстве. Но по совокупности факторов, не последним из которых является цена, витая пара все еще остается вне конкуренции