Медь и стекло: руководство по сетевым кабелям

Введение

Для многих сетей среднего и большого размера выбор кабеля является наиболее важным и долгосрочным вложением в сеть. Выбор кабеля должен быть балансом между стоимостью и производительностью, при этом пытаясь предсказать будущие требования к производительности. Если сетевые кабели не могут соответствовать будущим требованиям, вам может потребоваться повторное подключение всей сети, что, конечно, может быть довольно дорогим.

В этой статье я дам вам общий обзор кабелей витой пары, коаксиальных кабелей и оптоволоконных кабелей. Это наиболее распространенные типы сетевых кабелей, используемых в сетях Ethernet. Я объясню преимущества, недостатки и ограничения каждого из них.

УТП и СТП

На сегодняшний день наиболее распространенным типом кабелей для Ethernet являются категории витой пары. Кабель с неэкранированной витой парой (UTP), как показано на рисунке A, состоит из четырех пар медного провода калибра 22 или 24 по американскому калибру проводов (AWG). (Номер AWG указывает толщину провода, более высокие числа указывают на меньший диаметр.) Каждый провод имеет слой пластиковой изоляции вокруг него, и весь кабель обернут в защитную пластиковую оболочку. Каждая пара скручена для защиты от электромагнитных помех (EMI). Для защиты от перекрестных помех между парами в каждой паре имеется разное количество витков на метр. Как правило, чем больше витков на метр имеет пара, тем больше у нее защиты от подобных помех.

Рисунок A: Кабель UTP с сайта www.belkin.com

Кабели с экранированной витой парой (STP) аналогичны кабелям UTP, за исключением того, что каждая пара обернута металлической фольгой, а четыре пары вместе обернуты металлической фольгой. Эта металлическая фольга действует как экран для электромагнитных полей, обеспечивая тем самым дополнительную защиту от помех.

Некоторым из вас может быть интересно, как эта металлическая фольга защищает от электромагнитных полей. Я думал, электромагнитные поля индуцируют электрический ток в металлах? Ну да. Они делают. Именно поэтому оба конца этой металлической фольги должны быть должным образом заземлены. Если это заземление не выполнено должным образом, у вас не будет ничего, кроме прославленной радиоантенны; но я полагаю, что это был бы один из способов скачать бесплатную музыку!

Для тех, кому интересно, на рисунке B показан очень простой способ приема радиосигналов. Следите за будущими статьями об антеннах всех видов.

Рисунок B: Схема настройки радио с http://micro.magnet.fsu.edu.

Все категории кабелей с витой парой имеют максимальную дальность передачи данных 100 м, но имеют различные максимальные скорости передачи данных.

Кабели Cat1 и Cat2 устарели. Когда-то они использовались для телефонов и очень ранних сетей.

Кабели Cat3 стали популярными в конце 1980-х годов, поскольку они были недорогими и обеспечивали максимальную скорость передачи данных 10 Мбит/с.

Cat4 встречается не так часто. Они использовались в более ранних топологиях сети Token Ring и имеют максимальную скорость передачи данных 16 Мбит/с.

Кабели Cat5 в настоящее время являются наиболее распространенным типом кабелей, который вы увидите в сетях Ethernet. Максимальная скорость передачи данных кабелей Cat5 составляет 100 Мбит/с.

Кабели Cat5e также довольно распространены. У них несколько более продвинутые характеристики, которые позволяют обеспечить максимальную скорость передачи данных 1 Гбит/с.

Кабели Cat6, Cat7 и Cat8 пока не очень распространены. Однако по мере того, как гигабайтные Ethernet становятся все более популярными, вы, вероятно, увидите, что эти категории кабелей станут более популярными, поскольку они предлагают еще более высокую производительность.

Вы заметите, что по мере увеличения номера категории увеличивается и максимальная скорость передачи данных. В значительной степени это достигается за счет того, что пары медных проводов в кабелях имеют большее количество витков на метр. Как было сказано ранее, большее количество витков на метр обеспечивает большую защиту от помех и, следовательно, позволяет передавать по кабелю более широкий спектральный диапазон.

Прямой и перекрестный кабели

Существует две основные конфигурации кабелей с витой парой. Прямая конфигурация означает, что оба конца кабеля имеют одинаковую конфигурацию контактов. То есть, к какому бы номеру контакта ни был подключен провод на одном конце кабеля, он будет подключен к тому же номеру контакта на другом конце кабеля. Эта конфигурация используется для подключения двух различных видов оборудования.

Перекрестная конфигурация означает, что два конца кабеля имеют противоположные конфигурации контактов. Конфигурации кроссовера используются для подключения двух одинаковых видов оборудования. Вы должны знать, что многие новые устройства достаточно умны, чтобы знать, используете ли вы прямой или перекрестный кабель. Поэтому, прежде чем пойти и купить новый кабель, вы должны проверить, не является ли ваше устройство одним из этих интеллектуальных устройств.

Кабели пленума

Здесь следует отметить, что все кабели, упомянутые в этой статье, доступны в стационарной версии. При прокладке кабелей через воздуховоды, подвесные потолки или любые другие места, служащие проходом для воздуха, необходимо использовать нагнетательные кабели. Это связано с тем, что обычные кабели могут быть токсичными в случае пожара; Кабели Plenum имеют специальное покрытие, которое делает кабель нетоксичным.

Коаксиальные кабели

Коаксиальные кабели также можно найти во многих сетях. В сетях Ethernet обычно используются два типа коаксиальных кабелей. Это 10Base2 и 10Base5 или, альтернативно, тонкая и толстая сети. Коаксиальный кабель состоит из сплошного медного провода, окруженного изоляцией. Вокруг этой изоляции находится медный экран и внешний пластиковый изолятор. Как и в кабелях STP, медный экран должен быть заземлен с обоих концов для защиты от электромагнитных помех. Разница между тонкой и толстой сеткой заключается в том, что сплошная медная проволока имеет диаметр 0,35 см в тонкой сетке и диаметр 1 см в толстой сетке.

Оба типа обеспечивают максимальную скорость передачи данных 100 Мбит/с. Преимущества использования коаксиального кабеля заключаются в максимальной дальности передачи данных. Thinnet имеет максимальную дальность передачи данных 185 м, а толстая сеть имеет максимальную дальность передачи данных 500 м. По этой причине коаксиальные кабели часто используются в качестве магистрали в топологиях сетевых шин.

Типичный коаксиальный кабель показан на рисунке C.

Рисунок C: Коаксиальный кабель с сайта www.belkin.com

Основным недостатком коаксиальных кабелей является то, что толщина коаксиальных кабелей, особенно кабелей с толстой сеткой, делает их очень сложными для установки и, следовательно, они более дороги, чем кабели с витой парой. Однако, если ваша сеть большая, дополнительные деньги, потраченные на коаксиальные кабели, могут быть компенсированы деньгами, сэкономленными за счет отсутствия необходимости покупать повторители, необходимые для покрытия больших расстояний.

Волоконно-оптические кабели

Волоконно-оптические кабели, безусловно, крутые. Они обеспечивают длину передачи 10 км или более для одномодового волокна или 2 км или более для многомодового волокна. Волоконно-оптические кабели также могут обеспечить максимальную скорость передачи данных более 100 Гбит/с.

Волоконно-оптический кабель, как показано на рисунке D, состоит из стеклянной жилы с окружающей оболочкой. Существует также защитное покрытие, укрепляющие волокна и внешнее покрытие. Данные передаются светом через стеклянную сердцевину. Поскольку данные не передаются с помощью электрических сигналов, на оптоволоконные кабели не влияют электромагнитные помехи. Еще одним преимуществом волоконно-оптических кабелей является то, что кабель не боится воды. Характеристики коаксиальных кабелей и кабелей с витой парой могут значительно ухудшиться, если вода проникнет в кабель. Это делает волоконно-оптические кабели идеальными для прокладки на большие расстояния снаружи.

Рисунок D: Волоконно-оптические кабели с сайта www.fibrepulse.com.

Основным недостатком оптоволоконных кабелей является стоимость. Использовать оптоволоконный кабель намного дороже, чем любой другой кабель, обсуждаемый в этой статье. Волоконно-оптические кабели также могут быть довольно хрупкими. Внутренний стеклянный сердечник может сломаться, если кабель натянуть слишком сильно или согнуть вокруг острого угла. Во многих сетях, использующих волоконно-оптические кабели, кабели часто заменяются из-за их повреждения, что увеличивает дополнительные расходы.

Вывод

Как я упоминал во введении к этой статье, выбор кабелей в сети — это баланс стоимости и производительности. Основная причина, по которой кабели с витой парой стали настолько распространенными, заключается в очень низкой стоимости и относительно высоких максимальных скоростях передачи данных.

Поскольку стоимость оптоволоконного кабеля снижается, вы, несомненно, будете использовать его в качестве предпочтительного кабеля во все большем количестве сетей. В будущих статьях я приведу примеры различных типов волоконно-оптических кабелей и некоторые из наиболее уникальных проблем, связанных с этой технологией.