Кабели витая пара

Кабель витая пара (англ. twisted pair) — это тип кабеля связи, состоящий из одной или нескольких пар изолированных проводников, скрученных между собой с определенным шагом. Это основной физический носитель информации в современных локальных вычислительных сетях (ЛВС), системах телефонии, видеонаблюдения и автоматизации зданий.

1. Конструкция и принцип действия

1.1. Физическое строение

Базовая структура (от центра к периферии):

1. Медная жила:
   • Диаметр: 22-26 AWG (American Wire Gauge). Чем меньше число AWG, тем толще проводник (например, 24 AWG ≈ 0.51 мм).
   • Строение: Однопроволочная (solid) для стационарной прокладки или многопроволочная (stranded) для патч-кордов, где важна гибкость.
2. Изоляция каждой жилы:
   • Материал: Полиэтилен (PE), Поливинилхлорид (ПВХ), Полипропилен (PP).
   • Цветовая маркировка: Строго стандартизирована для облегчения монтажа по схемам T568A или T568B.
3. Скрутка (Twist):
   • Назначение: Это ключевой элемент. Скручивание двух жил в пару позволяет подавлять электромагнитные помехи. Помеха наводится одинаково на оба провода пары, а приемное оборудование (сетевой карта, коммутатор) анализирует разность потенциалов между ними, эффективно вычитая шум.
   • Шаг скрутки: Разный для каждой пары в одном кабеле. Это предотвращает перекрестные наводки между парами внутри одного кабеля (Near-End Crosstalk — NEXT).
4. Разделитель (Cross-web, не всегда присутствует):
   • Пластиковая крестообразная перегородка, которая дополнительно разделяет пары, улучшая параметры NEXT и повышая механическую прочность кабеля.
5. Общий экран (при наличии):
   • См. раздел об экранировании.
6. Внешняя оболочка:
   • Материал:
     • ПВХ (PVC): Для внутренней прокладки.
     • Полиэтилен (PE): Для внешней (уличной) прокладки, устойчив к УФ-излучению и влаге.
     • LSZH (Low Smoke Zero Halogen): Безгалогенный, с низким дымовыделением. Используется в местах скопления людей (метро, аэропорты, больницы).

1.2. Принцип работы: борьба с помехами

Скручивание проводов — это классический и эффективный способ создания балансной линии передачи. Электромагнитная помеха, исходящая от внешних источников (силовые кабели, двигатели), наводит одинаковый шум в обоих проводниках пары. Приемник, работая в дифференциальном режиме, игнорирует синфазную помеху и регистрирует только полезную разность сигналов между проводниками.

2. Классификация: Категории и типы экранирования

2.1. Категории (Cat) — определяет производительность

Категория указывает на полосу пропускаемых частот и, как следствие, на максимальную скорость передачи данных.

• Cat 5e (Enhanced): Полоса 100 МГц. Поддерживает Gigabit Ethernet (1000BASE-T) на расстоянии до 100 м. Базовый стандарт для большинства существующих сетей.
• Cat 6: Полоса 250 МГц. Поддерживает до 1 Гбит/с на 100 м и 10 Гбит/с (10GBASE-T) на расстоянии до 55 м. Часто имеет разделитель.
• Cat 6a (Augmented): Полоса 500 МГц. Обеспечивает стабильную передачу 10 Гбит/с на всем протяжении 100 метров.
• Cat 7: Полоса 600 МГц. Использует не только экранирование, но и индивидуальное экранирование каждой пары. Имеет специальный разъем GG45.
• Cat 7a: Полоса 1000 МГц. Перспектива для 25GBASE-T и 40GBASE-T.
• Cat 8/8.1/8.2: Полоса 1600-2000 МГц. Предназначен для коротких линий (до 30-36 м) в центрах обработки данных для соединений 25G и 40G Ethernet.

2.2. Типы экранирования — определяет защиту от помех

Обозначение формируется по схеме X / XTP, где:

• Первая буква — тип общего экрана.
• Вторая буква — тип экрана для каждой пары.
• TP — Twisted Pair (витая пара).
• / — означает «over», то есть внешний экран поверх.

Основные типы:

• U/UTP (ранее UTP — Unshielded Twisted Pair):
  • Неэкранированная витая пара.
  • Экраны отсутствуют.
  • Применение: Офисы, жилые дома, где нет сильных помех.
• F/UTP (ранее FTP — Foiled Twisted Pair):
  • Общий экран из фольги.
  • Внешний экран из алюминиевой фольги, пары не экранированы.
  • Применение: Промышленные зоны, прокладка рядом с силовыми кабелями.
• U/FTP:
  • Индивидуальное экранирование пар.
  • Общего экрана нет, но каждая пара имеет свой экран из фольги.
  • Эффективно подавляет перекрестные наводки между парами.
• S/FTP (ранее S-STP — Shielded/Foiled Twisted Pair):
  • Комбинированное экранирование.
  • Общий экран из медной оплетки + индивидуальные экраны из фольги для каждой пары.
  • Максимальная защита от всех типов помех. Используется в средах с экстремальным уровнем электромагнитных шумов.

3. Области применения

• Локальные вычислительные сети (LAN): Подключение компьютеров, IP-телефонов, принтеров к коммутаторам.
• Телефония: Для аналоговых (POTS) и цифровых (ISDN) телефонных линий.
• Системы видеонаблюдения: Передача видео с IP-камер.
• Системы контроля доступа (СКУД): Связь контроллеров с считывателями и компьютерами.
• Автоматизация зданий (АСУ ТП): Объединение датчиков и контроллеров.

4. Монтаж и обжим: схемы T568A и T568B

Для обжима кабеля используются коннекторы 8P8C (которые в быту ошибочно называют RJ-45).

Существуют два стандарта разводки жил по контактам:

• T568A: Бело-зеленый, Зеленый, Бело-оранжевый, Синий, Бело-синий, Оранжевый, Бело-коричневый, Коричневый.
• T568B: Бело-оранжевый, Оранжевый, Бело-зеленый, Синий, Бело-синий, Зеленый, Бело-коричневый, Коричневый.

Важно:

• Прямой кабель (straight-through): Оба конца обжаты по одному и тому же стандарту (обычно T568B). Используется для подключения компьютера к коммутатору.
• Перекрестный кабель (crossover): Один конец обжат по T568A, другой — по T568B. Раньше использовался для соединения двух компьютеров напрямую. Современное оборудование (благодаря технологии Auto-MDIX) определяет необходимость перекрещивания автоматически.

5. Критерии выбора кабеля

1. Необходимая скорость: Для гигабитной сети достаточно Cat 5e, для 10 Гбит/с — Cat 6a.
2. Условия эксплуатации:
   • Внутри помещений: U/UTP или F/UTP.
   • Рядом с силовыми линиями / в промышленности: F/UTP или S/FTP.
   • На улице: Кабель с оболочкой из черного полиэтилена (PE).
   • Для подвеса между зданиями: Наличие троса (стального или кевларового).
3. Длина линии: Для расстояний более 55 метров при скорости 10 Гбит/с требуется Cat 6a.
4. Пожарная безопасность: Для пространств за подвесными потолками и в вентиляционных каналах требуется кабель с оболочкой plenum (CMP), для общих офисных пространств — riser (CMR).

Заключение

Кабель витая пара, несмотря на простоту конструкции, является высокотехнологичным продуктом, чьи параметры тщательно просчитаны для обеспечения стабильной и высокоскоростной передачи данных. Правильный выбор категории и типа экранирования, а также качественный монтаж являются залогом надежной работы любой сетевой инфраструктуры на долгие годы. В эпоху Wi-Fi витая пара остается незаменимым «физическим» фундаментом цифрового мира, обеспечивая самое стабильное и защищенное соединение.