Вита́я па́ра (англ. twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой.
Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары, так как электромагнитные помехи одинаково влияют на оба провода пары, и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше, провода пары свиваются с различным шагом. Витая пара — один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве физической среды передачи сигнала во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для построения проводных (кабельных) локальных сетей.
Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи разъёма 8P8C, который часто называют RJ45.
Виды кабеля, который применяется в сетях
В зависимости от наличия защиты — электрически заземлённой медной оплетки или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар, определяют разновидности данной технологии:
- неэкранированная витая пара (англ. UTP — Unshielded twisted pair) — без защитного экрана;
- фольгированная витая пара (англ. FTP — Foiled twisted pair), также известна как F/UTP) — присутствует один общий внешний экран в виде фольги;
- экранированная витая пара (англ. STP — Shielded twisted pair) — присутствует защита в виде экрана для каждой пары и общий внешний экран в виде сетки;
- фольгированная экранированная витая пара (англ. S/FTP — Screened Foiled twisted pair) — внешний экран из медной оплетки и каждая пара в фольгированной оплетке;
- незащищенная экранированная витая пара (англ. SF/UTP — Screened Foiled Unshielded twisted pair).Отличие от других типов витых пар заключается в наличии двойного внешнего экрана, сделанного из медной оплётки, а также фольги.
Экранирование обеспечивает лучшую защиту от электромагнитных наводок как внешних, так и внутренних. Экран по всей длине соединен с не изолированным дренажным проводом, который объединяет экран в случае разделения на секции при излишнем изгибе или растяжении кабеля.
В зависимости от структуры проводников — кабель применяется одно- и многожильный.
В первом случае каждый провод состоит из одной медной жилы и называется жила-монолит, а во втором — из нескольких и называется жила-пучок.
Одножильный кабель не предполагает прямых контактов с подключаемой периферией. То есть, как правило, его применяют для прокладки в коробах, стенах и т. д. с последующим терминированием розетками. Связано это с тем, что медные жилы довольно толсты и при частых изгибах быстро ломаются.
Однако для «врезания» в разъемы панелей розеток такие жилы подходят как нельзя лучше.
В свою очередь многожильный кабель плохо переносит «врезание» в разъёмы панелей розеток (тонкие жилы разрезаются), но замечательно ведет себя при изгибах и скручивании. Кроме того, многожильный провод обладает бо́льшим затуханием сигнала. Поэтому многожильный кабель используют в основном для изготовления патчкордов (англ. patchcord), соединяющих периферию с розетками.
Конструкция витопарного кабеля
Витопарный кабель состоит из нескольких витых пар. Проводники в парах изготовлены из монолитной медной проволоки толщиной 0,4—0,6 мм. Кроме метрической, применяется американская система AWG, в которой эти величины составляют 26AWG или 22AWG соответственно. В стандартных 4-х парных кабелях в основном используются проводники диаметром 0,51 мм (24AWG). Толщина изоляции проводника — около 0,2 мм, материал обычно поливинилхлорид (английское сокращение PVC), для более качественных образцов 5 категории — полипропилен (PP), полиэтилен (PE). Особенно высококачественные кабели имеют изоляцию из вспененного (ячеистого) полиэтилена, который обеспечивает низкие диэлектрические потери, или тефлона, обеспечивающего широкий рабочий диапазон температур.
Также внутри кабеля встречается так называемая «разрывная нить» (обычно капрон), которая используется для облегчения разделки внешней оболочки — при вытягивании она делает на оболочке продольный разрез, который открывает доступ к кабельному сердечнику, гарантированно не повреждая изоляцию проводников.
Ввиду своей высокой прочности на разрыв, разрывная нить дополнительно выполняет защитную функцию.
Внешняя оболочка 4-парных кабелей имеет толщину 0,5—0,9 мм в зависимости от категории кабеля и обычно изготавливается из поливинилхлорида с добавлением мела, который повышает хрупкость. Это необходимо для точного облома по месту надреза лезвием отрезного инструмента. Кроме этого, для изготовления оболочки используются полимеры, которые не поддерживают горения и не выделяют при нагреве галогены. Такие кабели маркируются LSZH (англ. Low Smoke Zero Halogen). Кабели, не поддерживающие горение и не выделяющие дым, разрешается прокладывать и использовать в закрытых областях, где могут проходить воздушные потоки системы кондиционирования и вентиляции (так называемых пленум-областях).
Цветовая маркировка
Самый распространённый цвет оболочки кабелей — серый. У внешних кабелей внешняя оболочка чёрного цвета. Оранжевая окраска, как правило, указывает на негорючий материал оболочки. В общем случае, цвета не обозначают особых свойств, но их применение позволяет легко отличать коммуникации c разным функциональным назначением, как при монтаже, так и обслуживании.
Отдельно нужно отметить маркировку. Кроме данных о производителе и типе кабеля, она обязательно включает в себя метровые или футовые метки.
Форма внешней оболочки кабеля витая пара может быть различной. Чаще других применяется круглая форма. Для прокладки под ковровым покрытием может использоваться плоский кабель.
Кабели для наружной прокладки обязательно имеют влагостойкую оболочку из полиэтилена, которая наносится, как правило, вторым слоем поверх обычной, поливинилхлоридной. Кроме этого, возможно заполнение пустот в кабеле водоотталкивающим гелем и бронирование с помощью гофрированной ленты или стальной проволоки.
Категории кабеля
Существует несколько категорий кабеля витая пара, которые нумеруются от CAT1 до CAT7. Каждая категория характеризуется частотными характеристиками и пропускной способностью передачи данных. Правильно category или категория, сокращение «CAT», «Cat» следует писать с точкой — «Cat.», потому как категория и кошка — разные вещи. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины. Категории не экранированной витой пары описываются в стандарте EIA/TIA 568 (Американский стандарт проводки в коммерческих зданиях) и в международном стандарте ISO 11801, а также приняты ГОСТ Р 53246-2008 (перевод американского ANSI/TIA/EIA-568B) и ГОСТ Р 53245-2008 (перевод одного из руководств производителя).
- CAT1
Телефонный кабель, состоящий из одной пары, с полосой частот 0,1 МГц.
В России применяется кабель первой категории без шага повива «лапша», который обладает частотными характеристиками не хуже, однако больше подвержен влиянию электромагнитных помех.
В США кабель первой категории использовался ранее только в «скрученном» виде.
Кабель первой категории используется только для передачи голоса или данных при помощи модема.
Рис. 1 Кабель первой категории. - CAT2
Старый тип кабеля, 2 пары проводников, частотный диапазон 1 МГц. Поддерживает передачу данных на скоростях до 4 Мбит/с.
Использовался в сетях Token ring и Arcnet.
Сейчас иногда встречается в телефонных сетях.
Рис. 2 Кабель второй категории. - CAT3
Четырёх-парный кабель, частотный диапазон 16 МГц.
Используется при построении телефонных и локальных сетей 10BASE-T и token ring.
Поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с или 100 Мбит/с по технологии 100BASE-T4 на расстоянии не более 500 метров.
В отличие от кабелей Cat. 1 и Cat. 2, отвечает требованиям стандарта IEEE 802.3.
Рис. 3 Кабель третьей категории. - CAT4
Четырёх-парный кабель, частотный диапазон 20 МГц.
Использовался в сетях token ring, 10BASE-T, 100BASE-T4.
Скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с по одной паре.
Сейчас не используется. - CAT5
Четырёх-парный кабель, частотный диапазон 100 МГц.
Используется при построении локальных сетей 100BASE-TX и для прокладки телефонных линий.
Поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар.
Рис. 4 Кабель пятой категории - CAT5e
Четырёх-парный кабель, частотный диапазон 125 МГц, 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 является самым распространённым и используется для построения компьютерных сетей.
Иногда встречается двух-парный кабель категории 5e, в котором обеспечивается скорость передач данных до 100 Мбит/с.
Преимущества данного кабеля в более низкой себестоимости и меньшей толщине. - CAT6
Применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, частотный диапазон 250 МГц.
Состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 1000 Мбит/с и до 10 Гбит/с на расстояние до 50 м. Добавлен в стандарт в июне 2002 года.
Рис. 5 Кабель шестой категории - CAT6a
Применяется в сетях Ethernet, частотный диапазон 500 МГц.
Состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с.
Используется для приложений, работающих на скорости до 40 Гбит/с. Добавлен в стандарт в феврале 2008 года.
Рис. 6 Кабель категории 6а - CAT7
Спецификация на данный тип кабеля утверждена международным стандартом ISO 11801.
Скорость передачи данных до 10 Гбит/с, частотный диапазон 600—700 МГц. Кабель этой категории имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары. Седьмая категория, строго говоря, не UTP, а S/FTP (англ. Screened Fully Shielded Twisted Pair).
Рис. 7 Кабель седьмой категории. - CAT7a
Разработана для передачи данных на скоростях до 40 Гбит/с, частотный диапазон 1000 МГц. Каждая отдельно взятая витая пара, входящая в состав кабеля, предназначенного для передачи данных, должна иметь волновое сопротивление 100±15 Ом, в противном случае форма электрического сигнала будет искажена и передача данных станет невозможной. Причиной проблем с передачей данных может быть не только некачественный кабель, но также наличие «скруток» в кабеле и использование розеток более низкой категории, чем кабель.
Схемы обжима
Существует два варианта обжима разъёма на кабеле:
- для создания прямого кабеля — для соединения порта сетевой карты с коммутатором или концентратором;
- для создания перекрёстного, использующего кроссированный MDI или MDI-X кабеля, имеющего инвертированную разводку контактов разъёма для соединения напрямую двух сетевых плат, установленных в компьютеры, а также для соединения некоторых старых моделей концентраторов или коммутаторов (uplink-порт).
Обжимается разъём 8P8C (зачастую ошибочно именуемый RJ45).
Прямой кабель (straight through cable):
Вариант по стандарту EIA/TIA-568A
 |
 |
Вариант по стандарту EIA/TIA-568B (используется чаще)
 |
 |
Рис. 8 Схема перекрёстного кабеля.
Используется для соединения однотипного оборудования (например, компьютер-компьютер). Однако некоторые сетевые карты способны автоматически определить метод обжима кабеля и подстроиться под него.
Вариант для скорости 100 Мбит/с
|
|
|
Рис. 9 Кримпер – обжимной инструмент
Рабочая часть кримпера состоит из пазов для обжима восьми и шести-контактных разъёмов и регулируемого резака, позволяющего снять внешнюю изоляцию без повреждения проводов пар.
Рис. 10 Инструкция для обжима кабелей при помощи кримпера
Пара 1-2 (TDP-TDN) всегда требуется для передачи от порта MDI к порту MDI-X, пара 3-6 (RDP-RDN) — для приёма портом MDI от порта MDI-X; пары 4-5 и 7-8 применяются в зависимости от потребности (например, при использовании кабеля категории 3 в спецификации 100Base-T4) и обычно двунаправленные.
| № | Обозначение | Описание |
|---|---|---|
| 1 | TX+ | Прямой сигнал передачи |
| 2 | TX- | Инверсный сигнал передачи |
| 3 | RX+ | Прямой сигнал приема |
| 4 | ||
| 5 | ||
| 6 | RX- | Инверсный сигнал приема |
| 7 | ||
| 8 |
При соединении EIA/TIA-568B, AT&T 258A, нужен кабель MDI с внешним кроссированием, «прямой» кабель для подключения рабочей станции к хабу/свитчу, используется следующая схема:
1 Бело-оранжевый
2 Оранжевый
3 Бело-зелёный
4 Синий
5 Бело-синий
6 Зелёный
7 Бело-коричневый
8 Коричневый
Старые цвета витой пары:
1 синий
2 оранжевый
3 черный
4 красный
5 зеленый
6 желтый
7 коричневый
8 серый
По этой схеме обжимаются разъёмы с обеих сторон.
При соединении EIA/TIA-568A используется следующая схема (а также если нужен кабель MDI-X с внутренним кроссированием, «crossover» кабель для соединения, например, «компьютер-компьютер» с другой от EIA/TIA-568B стороны):
1 Бело-зелёный
2 Зелёный
3 Бело-оранжевый
4 Синий
5 Бело-синий
6 Оранжевый
7 Бело-коричневый
8 КоричневыйВ обоих случаях скорость в сети будет до 100 Мбит.
—Ethernet Cable – Color Coding Diagram (англ.)
Для гигабитной сети вторую сторону надо обжимать так:1 Бело-зелёный
2 Зелёный
3 Бело-оранжевый
4 Бело-коричневый
5 Коричневый
6 Оранжевый
7 Синий
8 Бело-синий— Crossover Patchkabel Gigabit (1000 BaseT) (нем.)
Использование кабеля, обжатого не по стандарту, может привести к тому, что кабель не будет работать совсем или будет очень большой процент потерь передаваемых пакетов.
Для проверки правильности обжатия кабеля, помимо визуального контроля, используют специальные устройства — кабельные тестеры. Такое устройство состоит из передатчика и приёмника. Передатчик поочерёдно подаёт сигнал на каждую из восьми жил кабеля, дублируя эту передачу зажиганием одного из восьми светодиодов, а на приёмнике, подсоединённому к другому концу линии, соответственно загорается один из восьми светодиодов. Если на передаче и на приёме светодиоды загораются подряд, значит, кабель обжат без ошибки.
Более дорогие модели кабельных тестеров могут иметь встроенное переговорное устройство, индикатор обрыва с указанием расстояния до обрыва, волновые характеристики кабельной линии, возможность построение сетевой топологии и прочее.
Данные схемы обжимки подходят как для 100-мегабитного соединения, так и для гигабитного. При использовании 100-мегабитного соединения используются только 2 из 4 пар, а именно оранжевая и зелёная. Синяя и коричневая пары в таком случае могут быть использованы для подключения второго компьютера по тому же кабелю. Каждый конец кабеля раздваивают на два по две пары, и получают как бы два кабеля, но под одной изоляцией. Однако данная схема подключения может снизить скорость и качество передачи информации. При использовании гигабитного соединения используются 4 пары проводников.
Также существуют ограничения на выбор схемы перекрёстного соединения жил, накладываемые технологией Power over Ethernet (POE).
Power over Ethernet описан стандартом IEEE 802.3af-2003.
При прямом соединении жил в кабеле («один к одному»), стандарт IEEE 802.3af-2003 будет соблюдаться автоматически.
Монтаж
При монтаже кабеля витой пары должен выдерживаться минимально допустимый радиус изгиба (8 внешних диаметров кабеля). Больший изгиб может привести к увеличению внешних наводок на сигнал или привести к разрушению оболочки кабеля.
При монтаже экранированной витой пары необходимо следить за целостностью экрана по всей длине кабеля. Растяжение или изгиб кабеля приводит к разрушению экрана, что ведёт к снижению устойчивости к электромагнитным помехам. Дренажный провод должен быть соединен с экраном разъема.