Технические характеристики витой пары (тип, длина, скорость)

Автор статьи

Антон Богданов

Инженер-проектировщик сетей связи

Несмотря на то, что оптические кабельные линии связи постепенно становятся доступнее, появляется больше устройств, поддерживающих работу с ними, и в целом работа с этим материалом становится проще, кабели типа витая пара, как и раньше, остаются самым доступным и удобным способом для подключения Интернета.

Определение и устройство

Так что такое витая пара и почему она собственно витая? Дело в том, что этот кабель состоит из скрученных между собой пар проводников. От выбора материала проводника, количества витков, изоляции и наличия экрана зависит пропускная способность, дальность действия и условия эксплуатации шнура. Интернет кабель применяется для соединения устройств и передачи информации по технологии Ethernet.

Основное отличие от остальных кабелей – это то, что один проводник обвивает другой, поэтому кабель и носит такое название. Сигнал подаётся сразу на оба проводника пары, но по одному из них он идёт в противофазе. Получая сигнал по паре проводов, полезный сигнал суммируется (потому что он идёт в противофазе), а помехи вычитаются (они идут в одной фазе). Тем самым можно избавиться от большого количества помех для сигнала. Дополнительно жилы скручивают друг с другом для уменьшения наводок.

Коннекторы

Или по-другому телекоммуникационный разъем, куда вставляют пары, обжимают и далее подключают сетевое оборудование: маршрутизаторы, компьютеры, принтеры, сервера, коммутаторы и т.д. Есть несколько видов:

ПРИМЕЧАНИЕ! В скобках будет обозначена маркировка. Её обычно наносят на сам провод для подтверждения совместимости.

RJ-9 (4P4C) – используется для подключения телефонной трубки к телефону.

RJ-11 (6P2C) – для одной пары двухконтактного телефонного разъёма.

RJ-12 (6P6C) – 6 контактов. Также является телефонным. Есть также аналоги RJ-25 (6P6C).

RJ-14 (6P4C) – 4 разъёма для подключения телефона. Отличается от RJ-9 тем, что RJ-14 нужно для подключения телефона к сети, а RJ-9 необходима только для подключения проводной трубки к главному аппарату или телефону.

RJ-45 (8P8C) – разъём для подключения к сети и интернету, который имеет 8 контактов, как раз для каждого из наших 4 пар. Для определённого вида кабеля и передачи информации требуется обжимка или подключение коннектора к проводу. Об этом я писать не буду, так как есть отдельная статья – прошу к прочтению.

Преимущества применения

Преимущества использования перед другими типами кабелей:

• Доступность;
• Простота монтажа благодаря небольшой толщине и гибкости кабеля;
• Удобство работы с кабелем, поскольку для этого не требуется дорогого оборудования;
• Прочность и долговечность.

Виды

Существует много видов витой пары. Она может отличаться по количеству жил, наличием или отсутствием экранирования и типом оболочки. Каждый из этих видов подходит для определённой технологии и условий эксплуатации.

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.

Экранирование

Кабель бывает экранированный и неэкранированный. Для использования дома вполне пригоден без экранирования. Тип экрана выбирается, исходя из внешних условий и возможных наводок на провод.

• U/UTP – без экрана, применяется в домах и офисах, где нет сильных наводок;
• FTP (F/UTP) – с экраном, сделанным из фольги;
• STP (S/UTP) – экранирование происходит за счёт медной оплетки поверх всех пар;
• S/FTP, SF/UTP – фольга на каждой паре и все пары поверх экранированы медной оплёткой;
• U/FTP – каждая пара экранирована фольгой;
• F/FTP – фольга на каждой из пар и общий фольгированный слой;
• SF/FTP – этот вид кабеля имеет три экрана. Каждая пара экранирована фольгой, дополнительно фольгой экранированы все пары вместе и поверх экранированы медной оплёткой.

Слой из фольги предохраняет от окружающей среды и окислов. Медная оплётка предназначена для защиты кабеля от электромагнитных наводок.

Оболочка

В зависимости от места использования кабеля, используется несколько разновидностей оболочки.

• PVC – пластиковая оболочка, используется для прокладки внутри помещений;
• PE – слой из полиэтилена. Более прочная, чем оболочка из пластика, может использоваться для прокладки на улице;
• PP – полипропиленовый слой, устойчивый к внешней среде и температуре до 140 градусов Цельсия;
• FR – защита, способна находится в открытом огне до 180 минут;
• LS – при горении кабеля выделяется минимум дыма;
• ZH – не токсична при горении;
• B – броня, применяется при прокладке кабеля в грунте;
• С – провод с силовым элементом, используется при подвесе кабеля.

Перекрестные помехи

Оба стандарта используют медные провода, чаще всего с 4 витыми парами (8 проводов) на провод, отличие состоит в калибре кабеля, 6 категория использует калибр 23 AWG, а 5е 24 AWG. American Wire Gauge (AWG) является стандартом США на размер проводника, чем больше номер калибра, тем меньше его диаметр и тоньше провод. В прошлом производительность 250 МГц, обеспечиваемая 6 категорией, часто достигалась за счет использования в них нейлоновых шлицев, которые экранировали каждую из витых пар, снижая перекрестные помехи, что увеличивало скорость, но делало кабель жестким. В настоящее время кабели этой категории более гибкие, с использованием других разделителей.

Витая пара категории 6 предполагает более строгие требования к перекрестным помехам, а также системному шуму. Она не только гораздо сильнее снижает помехи на ближайшем конце (NEXT) при передаче в сравнении с CAT5е, но и лучше справляется с возвратными (RL) и вносимыми потерями (IL). В результате получаем меньше шума, меньше ошибок и увеличенную скорость передачи данных.

Категории

Самое широкое распространение получила категория 5e. Именно этим ethernet кабелем соединяется оборудование провайдера и квартирного роутера. Этим же кабелем происходит подключение к маршрутизатору различных устройств, таких как персональный компьютер, телевизор, игровая консоль и т.д. Но категорий на самом деле гораздо больше. Одни уже не используются из-за недостаточной пропускной способности, другие же, наоборот, не применяются в повседневной жизни из-за слишком высокой пропускной способности и, следовательно, дороговизны.

Провод делится на категории, исходя из количества жил, количества витков и используемого частотного диапазона. От этих параметров будет зависеть скорость передачи данных витой пары и то, на какое максимальное расстояние она сможет их передать без потери сигнала.

• Cat.1 – 1 пара работающая на частоте от 0,1 до 0,4 МГц. Применяется для аналоговой телефонной линии и доступа в интернет через модем;
• Cat.2 – 2 пары работающие на частоте от 1 до 4 МГц;
• Cat.3 – 4 пары работающие на частоте 16 МГц. Применяются для Ethernet стандарта 10BASE-T (скорость 10 Мбит/с) и 100BASE-T4 (100 Мбит/с). Указанная скорость гарантируется при длине кабеля до 100 метров;
• Cat.4 – 4 пары на частоте 20 МГц. Применяется для технологии Token ring и 10BASE-T, 100BASE. Скорость по такой устаревшей технологии не может быть выше 16 Мбит/с. Сейчас уже не применяется;
• Cat.5 – 4 пары на частоте 100 МГц. Применяется в стандарте 100BASE-TX, 100 Мбит/с. Максимальная длина – 100 метров;
• Cat.5e – 4 пары, работающие на 100 МГц по стандарту 1000BASE-T, обеспечивает скорость до 1000 Мбит/с. Максимальная длина витой пары категории 5e для поддержания указанной скорости – не более 100 метров;
• Cat.6 – 4 пары. Частота 250 МГц. Применяется в технологиях Fast Ethernet и Gigabite Ethernet (10GBASE-T). Способен обеспечивать передачу данных до 10 Гбит/с на расстоянии до 55 метров;
• Cat.6e – 4 пары на частоте 500 МГц. применяется в технологии (10GBASE-T) и обеспечивает скорость до 10 Гбит/с на расстоянии до 100 метров;
• Cat.7 – 4 пары, рабочая частота составляет 600 МГц. Используется в технологии (10GBASE-T). Скорость 10 Гбит/с при длине кабеля до 100 метров. Относится не к UTP, а к S/FTP. В нём применяется не только общий экран, но и экран для каждой пары;
• Cat.7a – 4 пары, рабочая частота 1200 МГц. Применяется в Gigabit Ethernet (40GbE, 100GbE) 40 Гбит/с до 100 метров, и 100 Гбит/с до 15 метров.

Удлинитель USB по витой паре

Иногда случается ситуации, когда необходимо протянуть USB-кабель на расстояние более 5, 15, 30 метров или даже больше. Это можно сделать самостоятельно, сегодня есть несколько решений на выбор. Все зависит от ограничений максимальной длины кабеля, а также от его качества.

Прежде нужно перейти к опциям расширения USB, чтобы понять основные ограничения длины такого кабеля. Максимальная длина кабеля между устройствами USB 2.0 составляет 5 метров, а для USB 3.x составляет 3 метра. При использовании активных USB-кабелей или ретрансляторов ограничение протяженности зависит от того, используется ли обычный USB-кабель с активным или нет. Для них длина активного кабеля для USB 2.0 составляет 30 метров, а для USB 3.x – 18 метров. Если используется обычный кабель, то предельная длина для удлинителя по витой паре USB 2.0 примерно 20 метров, а рекомендуемая для USB 3.x — 10 метров.

Скажем, нужно подключить USB-микрофон или веб-камеру от стола в конференц-зале к настенным телевизорам, которые находятся на расстоянии 25 метров или около того. Чтобы выполнить такое подключение используют одно устройство Hall Research.

Типы проводников

Провод изготавливают из разных материалов с различной толщиной. И от их качества и сечения сильно зависит цена.

Материал

Каноничным металлом для провода считается медь. Но она довольно дорога сама по себе, и не всегда нужна для применения. Поэтому в данный момент можно увидеть три основных материала:

• Алюминий. Провод, сделанный из алюминия, значительно легче и дешевле медного. Это все его преимущества, дальше идут только недостатки. Электропроводность алюминия ниже, чем у меди, в 1,7 раз. На небольших участках это не заметно, но на длинных участках, граничащих с максимально допустимыми длинами, это может стать серьёзной проблемой. С алюминиевых проводов со временем могут сползать коннекторы. Материал сильно подвержен коррозии и его применение недопустимо в сырых помещениях или на улице, поскольку из-за повреждения коррозией электропроводность жилы значительно ухудшается. Провод из алюминия не такой гибкий, как медный, поэтому его несколько сложнее монтировать и проще повредить. Идеальное место применения кабеля с алюминиевыми жилами — это сухое помещение, например, квартира или офис, где длины кабеля не превышают половины, разрешённой используемым стандартом. Таким кабелем не получится запитать устройства по технологии PoE (Power over Ethernet). Эта технология позволяет передавать на устройство сигнал и электропитание через данный провод;
• Омеднённый алюминий. Представляет собой алюминиевый кабель с нанесённым на его поверхность медным слоем. Этот кабель тоже значительно легче медного, но уже не так дёшев. Разница с медным кабелем составляет около 15%. Преимущество над кабелем из чистого алюминия заключается в улучшенной электропроводности и защите от коррозии. Но даже несмотря на то, что проводимость уже значительно лучше, чем у алюминиевого, технология PoE плохо работает на таком кабеле;
• Медь. Провод, изготовленный из меди, тяжелее и дороже всех остальных. Но именно она позволяет выжать из использованной технологии всё, что задумано. И именно при медном исполнении пропускная способность витой пары будет максимальна. Сеть, построенная из медного кабеля будет самой качественной и долговечной.

Исполнение проводников

Проводники могут быть одножильными и многожильными.

• Одножильный (Solid). Представляет из себя цельную жилу из одного проводника. Подходит для передачи сигнала на длительные расстояния. Подходит для обжима ручным инструментом;
• Многожильный (Stranded), состоит из нескольких проводников скрученных по спирали. Более гибкий и хорошо подходит для изготовления патч-кордов. Не очень подходит для обжима ручным инструментом.

Сечение

Чем толще сечение жилы витой пары, тем больше можно пропустить по нему информации, и тем выше дальность передачи. Деление на категории уже само подразумевает то, что для выбранной категории кабеля будет выдержано требуемое сечение провода. Для маркировки сечения проводника придумана маркировка – AWG. На русский язык эта аббревиатура переводится как – Американский калибр проводов. Если говорить упрощённо, то для каждого значения AWG есть свой диаметр жилы и площадь её поперечного сечения. Для одножильного и многожильного кабеля эти значения будут разными.

Для категории Cat.5e стандарт – 24AWG. Это означает что для его полноценной работы диаметр каждого провода должен составлять 0,511 мм, что означает площадь поперечного сечения 0,205 кв. мм.

Характеристики, разновидности, отличие

Если грубо, то есть два вида:

• Внутренние ВП – внешняя оплётка сделана из поливинилхлорида, который является дешёвым изоляционным материалом. Есть правда и более дорогие материалы – олипропилен, полиэтилен. Толщина обмотки не превышает 0,3 мм.
• Уличные ВП – такие провода имеют более толстую оплётку, чтобы защитить жилы от влаги, пыли, высокой и низкой температуры. Дополнительно может стоять экран сеточной и фальгированной основы. Встроенный пластиковый или металличесий трос не даёт ломаться проводам при протяжке. Толщина оплетки в 2-3 раза толще чем у внутреннего кабеля.

Внутри почти у всех моделей есть капроновая нить, которая защищает провод при прокладке от натяжения и разрыва. Но на внутренних кабелях нитка есть не везде. На уличных и более дорогих офисных LAN проводах имеется экранированный слой. Он защищает как от воздействия электромагнитных волн со стороны, так и не даёт никаких волн в окружающую среду. Это нужно при прокладке большого количество кабелей.

По внешним признакам различают:

• Серый – простой для офисного и домашнего использования.
• Черный – более толстый для улицы.
• Оранжевый – имеет маркировку LSZH и сделан из негорючего материала. Прокладка идёт в пожароопасной зоне. В скобках идёт категория пожарной безопасности в помещении, где прокладывается кабель: нг(A)-HF – повышенная взрывопожароопасность;
• нг(B)-HF – умеренная взрывопожароопасность;
• нг(C)-HF – пожароопасная;
• нг(D)-HF – пониженная пожароопасность.

По форме:

• Круглый или овальный – самый популярный.
• Плоский – для прокладки в стенах под плоской основой.

Количество жил:

• Одна жила – по-другому называют монолитной. Внутри есть медная проволочная линия с толщиной от 0,2 до 0,6 мм. Такой шнур очень ломкий и прокладывается обычно в местах с малым изгибом.
• Много жил – многожильные провода имеют скрученные тонкие проволоки внутри. Поэтому такие кабели более устойчивы к магнитному воздействию. Также по дальности затухания сигнала они имеют диапазон от 85 до 95 метров. Угол сгибания выше.

Многожильные провода чаще используют для соединения цифрового и коммутационного оборудования: серверов, ПК, принтеров, коммутаторов, роутеров, камер видео наблюдения и т.д.

Экранирование – это уменьшение воздействия на кабель электромагнитного воздействия, что уменьшает потери информационных пакетов и увеличивает дальность передачи без повторителя.

Давайте разберёмся с этим поподробнее. Вот представим себе, что у нас протянута витая пара от компьютера к маршрутизатору, который выстраивает управляемую локальную сеть. Устройства сети постоянно взаимодействуют и передают информацию: сообщения, картинки, видео, документы и т.д. Каждый провод при отправке пакета вызывает небольшое электромагнитное излучение.

А теперь сюда добавим:

• Сотовые телефоны у сотрудников или жильцов одной квартиры.
• Wi-Fi излучение от точки доступа.
• Телевизионная антенна.
• Радиочастотное воздействие.
• Микроволновая печь.

Да, при малом помещении такие воздействия не будут иметь серьёзных последствий. Но если проводов будет много, а передавать информацию надо будет на большое расстояние, то пакеты будут теряться. В результате упадет скорость, так как пакет надо будет отправлять повторно. Поэтому витую пару ещё разделяют по виду внутреннего экранирования.

Маркировка

Характеристики, которые должны поддерживать сетевые кабели связи, и в каких условиях, описаны в стандарте iso 11801 (редакция 3). Но для обычного пользователя, и даже для монтажника кабельных сетей эти знания избыточны. Для построения качественной локальной сети достаточно описанных здесь параметров.

Чтобы понять, какая маркировка для витой пары используется в настоящий момент, можно просто взять кусок кабеля и посмотреть, что же на нём написано.

Из изображения видно, что на кабеле указана следующая информация:

• U/UTP – это информация об используемом экране, здесь его нет;
• Cat 5e – категория кабеля. Эта витая пара поддерживает максимальную скорость в 1Гбит/с на расстоянии до 100 метров;
• PVC – используется пластиковая оболочка для прокладки внутри помещений;
• 4x2x0,48 – кабель состоит из четырех пар. Диаметр жилы составляет 0,48 мм. Может быть использована другая маркировка, где вместо диаметра указывается значение AWG, например, 4x2x24AWG;
• SOLID – каждая жила состоит из одного проводника;
• Verified to ISO/IEC 11801 – соответствие указанному стандарту;
• 07/16 – дата выпуска;
• 284m – оставшийся или израсходованный метраж кабеля.

Выбор кабеля

Провод выбирается, исходя из условий эксплуатации и применяемой технологии. Стоит выбирать провод категории Cat.5e. Если прокладка будет происходить внутри помещения, то можно выбрать кабель для Интернета – витую пару без экрана U/UTP. Если на кабель возможно воздействие различных наводок, то в зависимости от их силы нужно подбирать экранирование. Для сухого и теплого помещения, где на кабель не будет воздействовать прямой солнечный свет, стоит выбирать оболочку PVC. Для более агрессивных сред и для кабелей, которые будут нести важную функцию, стоит выбирать внешнюю оболочку попрочнее. Для прокладки в грунте нужно выбирать кабель в броне B, а для подвеса C.

Для максимального качества передачи должен применяться одножильный кабель, сделанный из меди. Если высоких скоростей и больших длин кабеля не предусматривается, то можно сэкономить, выбрав алюминиевый или омеднённый тип исполнения.

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 поломке при монтаже. Кто хоть раз прокладывал кабель знает, что это важно при протаскивании нескольких кабелей в небольшое отверстие в стене. Если внутри пары были бы не скручены, то это привело бы к большему числу внутренних надломов. А выявить это после прокладки длинного кабеля очень сложно.

Второй причиной является улучшение качества передачи. Электромагнитное и 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 наверное 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.

Схема обжима

Для обжима кабеля используются коннекторы RJ-45.

Так их прозвали в народе, правильное название этих разъёмов 8P8C.

Обжим витой пары подробно расписан в другой статье, он происходит по прямой или обратной схеме. В основном используется первый вариант. Эти стандарты обозначены на схеме.

Иногда может потребоваться перекрёстный обжим (кросс), он применяется для соединения одинаковой техники, например, компьютер-компьютер, роутер-роутер и тд.