Архітектура комп’ютерних систем і мереж

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Інститут автоматики, електроніки та комп'ютерних систем управління

Кафедра АІВТ

„Архітектура комп'ютерних систем і мереж "

Дослідження витої пари

2009

Теоретичні відомості

Вита пара (англ. twistedpair)-- вид кабелю зв'язку, являє собою одну або декілька пара ізольованих провідників, скручених між собою (з невеликим числом витків на одиницю довжини), покритих пластиковою оболонкою. Скручування провідників робиться з метою підвищення зв'язку провідників однієї пари (електромагнітна перешкода однаково впливає на обидва проводи пари) і наступного зменшення електромагнітних завад від зовнішніх джерел, а також взаємних наведень при передачі диференційних сигналів. Для зниження зв'язку окремих пар кабелю (періодичного зближення провідників різних пар) у кабелях UTP категорії 5 і вище сусідні пари скручуються з різним кроком. Вита пара - один з компонентів сучасних структурованих кабельних систем. Використовується в телекомунікаціях і в комп'ютерних мережах як мережний носій у багатьох технологіях, таких як Ethernet, ARCNet і Token ring. У цей час, завдяки своїй дешевині й легкості в установці, є найпоширенішим рішенням для побудови локальних мереж.

Кабель підключається до мережних пристроїв за допомогою з'єднувача RJ45 або RJ-45. вита кабель провідник екранований

Кабелі на основі витих пар з мідними провідниками, які застосовуються в структурованій кабельній системі (СКС), призначені для передачі електричних сигналів.

Кабель містить декілька скручених з різними кроками витих пар проводів і може мати кілька додаткових захисних елементів, що екранують, і технологічних елементів, які утворять сердечник.

Кожний провід забезпечується ізоляцією із суцільного або спіненого діелектрика. Використання останнього трохи знижує питому масу кабелю й значно поліпшує його частотні властивості, однак приводить до подорожчання готового виробу.

На сердечник накладена захисна оболонка у вигляді шланга, у більшому або меншому обсязі, що охороняє виті пари від зовнішніх впливів і зберігає структуру сердечника під час прокладки й експлуатації. Наявність загальної зовнішньої захисної оболонки сердечника є підставою для віднесення розглянутої конструкції до класу кабелів. Залежно від основної області застосування й відповідно конструкції, кабельні вироби для СКС на основі витих пар підрозділяються на чотири основних види:

· горизонтальний кабель;

· магістральний кабель;

· кабель для шнурів;

· провід для перемикачів.

На основі кабелів "вита пара" можуть бути реалізовані всі три підсистеми СКС, хоча на зовнішніх магістралях їхнє застосування для високошвидкісних додатків класу D ускладнено через досить тверді фізичні обмеження на максимальну довжину сегмента. На підставі цього більшість електричних кабелів призначено для застосування всередині будинку. Є також обмежена номенклатура кабелів на основі витих пар, які можуть прокладатися між будинками (так названі вуличні кабелі або outdoor- кабелі).

Горизонтальний кабель типу «вита пара», конструктивні особливості.

Горизонтальний кабель типу "вита пара", призначений для використання в горизонтальній підсистемі на ділянці від комутаційного встаткування до інформаційних розеток робочих місць. Найпоширеніші на практиці конструкції містять чотири виті пари. По видах скрутки провідників горизонтального кабелю розрізняють парну й четвірочну (рисунок 1).

Рисунок 1 - Види скруток витих пар: а) парна; б) четвірочна

Четвірочна скрутка дозволяє досягти менших зовнішніх габаритів кабелю, більшої стабільності його конструкції й кращих електричних характеристик, однак кабель із четвірочною скруткою більш складний у виробництві й обробленні, й тому досить мало розповсюджений у техніці СКС.

Як матеріал ізоляції провідників, звичайно використовується полівінілхлорид, зустрічаються також інші ізоляційні матеріали, наприклад, поліолефін, поліетилен і поліпропілен. Застосовуються як суцільні, так і спінені матеріали, причому останні дозволяють одержати трохи кращі електричні характеристики, однак є більше дорогими й застосовуються переважно в кабелях з верхньою граничною частотою вище 100 Мгц.

З метою зниження рівня загасання. провідники горизонтального кабелю виготовляються з монолітного (Solid) мідного дроту. Окремі виті пари утворять кабельний сердечник, покритий загальної для всіх пар зовнішньою захисною ізоляційною оболонкою товщиною приблизно 0,5-0,6 мм. Для додання сердечнику певної структури в процесі виробництва і її збереження під час експлуатації може застосовуватися обмотка пар полімерними стрічечками або нитками. Полегшення обробки деяких конструкцій кабелів забезпечується використанням розривної нитки (rip-cord), розташованої під оболонкою. При витягуванні ця нитка робить на оболонці поздовжній розріз і відкриває доступ до кабельного сердечника.

Кабелі "вита пара", у яких під загальною оболонкою перебувають три й більше чотирьохпарних елементи, відносяться до багатопарних.

Для виготовлення зовнішньої оболонки поряд зі звичайним полівінілхлоридом досить часто застосовується матеріал типу компаунда, що не містить галогенів і не підтримує горіння, а також так названі малодимні полімери. Повному витисненню полівінілхлориду з матеріалів оболонки перешкоджає той факт, що перехід на оболонку з негорючих матеріалів негайно збільшує ціну готового продукту приблизно на 20-30 відсотків, а не утримуючих галогенів компаунди мають низьку вогнестійкість.

Зовнішня оболонка формується звичайно в сірі кольори різних відтінків, зустрічаються також інші стандартні для конкретного виробника кольорів (синій, фіолетовий, білий, червоний). Жовтогаряче забарвлення звичайно вказує на те, що оболонка виготовлена з негорючого матеріалу, й кабель може бути використаний для прокладки в так званих plenum-порожнинах. Конструкції, призначені для зовнішньої прокладки, забезпечуються поліетиленовою оболонкою, тому що цей матеріал володіє істотно більш високою вологостійкістю в порівнянні з полівінілхлоридом і вогнестійким компаундом.

На зовнішню оболонку наносяться написи, у яких указується тип кабелю, діаметр і тип провідників, характеристики оболонки, найменування виробника і його фірмове позначення кабелю, найменування стандарту й сертифікуючої лабораторії, а також футові або метрові мітки довжини. По двох останніх параметрах є певні розходження між американськими і європейськими кабельними компаніями.

Так, основною лабораторією, що сертифікує, для американських виробників кабельної продукції є UL Laboratory, європейські звертаються в датську іспитову організацію DELTA. Американські кабельні компанії застосовують в основному футові мітки довжини, європейські виготовлювачі використають метровий еквівалент цього параметра.

Екранований і неекранований горизонтальний кабель типу «вита пара»

Залежно від наявності або відсутності додаткових екрануючих покриттів окремих витих парі або сердечника в цілому горизонтальні кабелі з витих пар підрозділяються на неекрановані і екрановані. У свою чергу, серед екранованих конструкцій розрізняють кабелі із загальним зовнішнім екраном, з екранами для кожної пари і з одночасним екрануванням окремих пар і сердечника в цілому. Екранування застосовують для підвищення перехідного загасання (NEXT), зниження рівня ЕМІ і для підвищення завадозахищеності. Зовнішній вигляд різних варіантів кабелів зображений на рисунку 2.

Рисунок 2 - Конструкція горизонтальних кабелів

Найбільшого поширення для екранування окремих пар набули металізовані алюмінієм тонкі полімерні плівки, причому відомі конструкції з орієнтацією сторони металізації як всередину, так і назовні.

Зовнішні екрани, що оточують кабельний сердечник, виготовляються з такої ж плівки, або ж виконуються у вигляді оплетки з оцинкованого мідного дроту. До складу конструкції плівкового екрану зазвичай вводиться додатковий тонкий неізольований мідний луджений або оцинкований дренажний провідник діаметром близько 0,5 мм. У функції останнього входить забезпечення електричної безперервності екрану при випадкових розривах плівки під час прокладки і експлуатації.

Рисунок 3 - Екранований і неекранований кабель «вита пара»

1. Зовнішня оболонка 2. Вита пара 3. Загальний екран

4.Дренажний провідник 5. Екран витої пари

На практиці набули достатньо широкого поширення кабелі "вита пара" із загальним плівковим екраном, який доповнюється оплеткою.

Плівкові екрани добре захищають кабель від високочастотних перешкод (RFI), а екрани у вигляді оплетки - від низькочастотних (EMI), тобто двошаровий екран даного вигляду забезпечує надійне екранування кабельного сердечника у всьому діапазоні частот.

Областю застосування кабелів S/UTP є побудова горизонтальної підсистеми СКС при значному рівні зовнішніх наведень (виробничі цехи і інші приміщення з джерелами сильних електромагнітних полів) або при підвищених вимогах до безпеки кабельної системи (захист від несанкціонованого доступу).

S/STP-кабелі володіють порівняно з STP кращими характеристиками по захисту від зовнішніх перешкод і по рівню ЕМІ, проте основною їх перевагою перед іншими конструктивними рішеннями є значно вище (на 10 ... 15 дБ і більше за умови правильного монтажу) значення NEXT.

На сьогоднішній день вважається, що забезпечити передачу лінійних сигналів з тактовою частотою понад 250-300 Мгц на потрібну стандартами відстань 90 м можна тільки з використанням конструкції S/STP.

STP- і S-STP-кабелі слід застосовувати у всіх випадках, перерахованих для S/UTP-кабелів, в тих ситуаціях, коли:

· потрібне отримання кабельних сегментів, що перевищують по довжині 90 м;

· при побудові систем передачі даних, для яких електричні характеристики кабелів категорії 5 є недостатніми;

· повинні виконуватися підвищені вимоги по захисту від несанкціонованого доступу до інформації, яка передається.

Хоча параметри кабелів з індивідуальним екрануванням кожної пари можуть істотно перевершувати вимоги категорії 5 (особливо по параметру NEXT і відповідно по параметру ACR), слід мати на увазі, що поки не існує стандартів ні на збільшені довжини сегментів, ні на мережі, для роботи яких електричні характеристики неекранованих витих пар категорії 5 є недостатніми.

UTP-кабелі порівняно з екранованими володіють наступними перевагами:

· менша вартість;

· менша трудомісткість монтажу і експлуатації;

· відсутність підвищених вимог до внутрішнього заземляючого контуру будівлі;

· кращі масогабаритні показники;

· менший радіус вигину.

Основними перевагами екранованих конструкцій є потенційно кращий захист від зовнішніх електромагнітних наведень, підвищена механічна міцність у випадках застосування обплітальних екранів і ефективніший захист від несанкціонованого доступу до інформації, що передається.

Висока теплопровідність екранів забезпечує ефективне відведення тепла, яке виникає в провідниках в процесі передачі інформації через протікання електричного струму.

На підставі цього, деякі виробники гарантують для використання ними екранованих конструкцій менше загасання в порівнянні з неекранованими.

Порівняльна характеристика деяких механічних і експлуатаційних параметрів основних варіантів конструкції чотирипарних горизонтальних кабелів приведена в таблиці.

Конструкція кабелю

Кабель зазвичай складається з чотирьох пар. Провідники в парах виготовлені з монолітного мідного дроту завтовшки 0,5--0,65 мм. Окрім метричної, застосовується система AWG, в якій ці величини складають 24 або 22 відповідно. Товщина ізоляції -- близько 0,2 мм, матеріал зазвичай полівінілхлорид (англійське скорочення PVC), для якісніших зразків 5 категорії -- поліпропілен (PP), поліетилен (PE). Особливо високоякісні кабелі мають ізоляцію зі вспіненого (комірчастого) поліетилену, який забезпечує низькі діелектричні втрати, або тефлону, що забезпечує високий робочий діапазон температур.

Також усередині кабелю зустрічається так звана «розривна нитка» (зазвичай капрон), яка використовується для полегшення оброблення зовнішньої оболонки, -- при витягуванні вона робить на оболонці подовжній розріз, який відкриває доступ до кабельного сердечника, гарантовано не ушкоджуючи ізоляцію провідників. Також розривна нитка, зважаючи на свою високу міцність на розрив, виконує захисну функцію.

Зовнішня оболонка має товщину 0,5--0,6 мм і зазвичай виготовляється із звичного полівінілхлориду з додаванням крейди, яка підвищує крихкість. Це необхідно для точного облому по місцю надрізу лезом відрізного інструменту. Окрім цього, починають застосовуватися так звані «молоді полімери», які не підтримують горіння і не виділяють при нагріві галогенів (такі кабелі маркеруються, як LSZH -- Low Smoke Zero Halogen і зазвичай мають яскраве забарвлення зовнішньої оболонки).

Найпоширеніший колір оболонки -- сірий. Оранжеве забарвлення, як правило, вказує на негорючий матеріал оболонки, який дозволяє прокладати лінії в закритих областях. У загальному випадку, кольори не позначають особливих властивостей, але їх застосування дозволяє легко відрізняти комунікації з різним функціональним призначенням як при монтажі, так і обслуговуванні.

Окремо потрібно відзначити маркування. Окрім даних про виробника і тип кабелю, вона обов'язково включає метрові або футові мітки.

Форма зовнішньої оболонки також може бути різна. Частіше за інших застосовується найпростіша -- кругла. Тільки для прокладки під підлогою, з очевидної причини, використовується плоский кабель.

Кабелі для зовнішньої прокладки обов'язково мають вологостійку оболонку з поліетилену, яка наноситься, як правило другим шаром поверх звичайної, полівінілхлоридної. Окрім цього, можливе заповнення порожнеч в кабелі водовідштовхувальним гелем і бронювання за допомогою гофрованої стрічки або сталевого дроту.

Категорії кабелю

Існує декілька категорій кабелю вита пара, які нумеруються від CAT1 до CAT7, і визначають ефективний частотний діапазон. Кабель вищої категорії зазвичай містить більше пар проводів і кожної пари має більше витків на одиницю довжини. Категорії неекранованої витої пари описуються в стандарті EIA/TIA 568 (Американський стандарт проводки в комерційних будівлях).

· CAT1 (смуга частот 0,1 Мгц) -- телефонний кабель, всього одна пара (у Росії застосовувався кабель і взагалі без скручувань -- «локшина» -- у неї характеристики негірші, але більший вплив перешкод). У США використовувався раніше тільки в «скрученому» вигляді. Використовується тільки для передачі голосу або даних за допомогою модему.

· CAT2 (смуга частот 1 Мгц) -- старий тип кабелю, 2 пари провідників, підтримував передачу даних на швидкостях до 4 Мбіт/с, використовувався в мережах token ring і ARCNet. Зараз іноді зустрічається в телефонних мережах.

· CAT3 (смуга частот 16 Мгц) -- 4-парний кабель, використовувався при побудові локальних мереж 10BASE-T і token ring, підтримує швидкість передачі даних до 10 Мбіт/с або 100 МБіт/с за технологією 100BASE-T4. На відміну від попередніх двох, відповідає вимогам стандарту IEEE 802.3. Також до цих пір зустрічається в телефонних мережах.

· CAT4 (смуга частот 20 Мгц) -- кабель складається з 4 скручених пар, використовувався в мережах token ring, 10BASE-T, 100BASE-T4, швидкість передачі даних не перевищує 16 Мбіт/с по одній парі, зараз не використовується.

· САТ5 (смуга частот 100 Мгц) -- 4-парний кабель, використовувався при побудові локальних мереж 100BASE-TX, підтримує швидкість передачі даних до 100 Мбіт/с при використанні 2 пар. При прокладці нових мереж користуються декілька вдосконалених кабелів CAT5e, це і є те, що зазвичай називають кабель «витої пара», завдяки високій швидкості передачі, до 100 Мбіт/с при використанні 2 пар, і до 1000 Мбіт/с при використанні 4 пар, є найпоширенішим мережевим носієм, що використовується в комп'ютерних мережах до цих пір. Обмеження на довжину кабелю між пристроями (компьютер-світч, світч-комп'ютер, світч-світч) 100 м. Обмеження хаб-хаб 5 м.

· CAT6 (смуга частот 250 Мгц) -- застосовується в мережах Fast Ethernet і Gigabit Ethernet, складається з 4 пар провідників і здатний передавати дані на швидкості до 1000 Мбіт/с. Доданий в стандарт в червні 2002 року. Існує категорія CAT6a, в якій збільшена частота сигналу, що пропускається, до 500 Мгц. За даними IEEE 70 % встановлених мереж в 2004 році використовували кабель категорії CAT6.

· CAT7 -- специфікація на даний тип кабелю поки не затверджена, швидкість передачі даних до 100 Гбіт/с, частота сигналу, що пропускається, до 600--700 Мгц. Кабель цієї категорії екранований. Сьома категорія, строго кажучи, не UTP, а S/FTP (Screened Fully shielded Twisted Pair).

Схеми обжимання

Дані схеми обжимання витої пари приведені для кабелю категорії 5 (4 пари провідників). Обжимається конектором RJ-45.

Існує 2 схеми обжимання кабелю: прямий кабель і перехресний (кросс-овер) кабель. Перша схема використовується для з'єднання комп'ютера з свитчем/хабом, друга для з'єднання 2 комп'ютерів безпосередньо і для з'єднання деяких старих моделей хабів/світчів (uplink порт).

Нумерація в роз'ємі RJ-45

Прямий кабель

Варіант за стандартом EIA/TIA-568A:

і за стандартом EIA/TIA-568B:

№ контакту -- колір жили -- № контакту на іншому кінці кабелю

Перехресний кабель для з'єднання двох мережевих карт безпосередньо на швидкості 100 Мегабіт/с (Crossover)

10base-T/100base-TX crossover (T568B)

№ контакту -- колір жили -- № контакту на іншому кінці кабелю

Перехресний кабель для з'єднання двох мережевих карт безпосередньо на швидкості 1 Гігабіт/с (Crossover)

10base-T/100base-TX/1000base-TX/T4 crossover (T568B)

№ контакту -- колір жили -- № контакту на іншому кінці кабелю

Оранжево-білий жила міняється з біло-зеленою, оранжева із зеленою (для 100-мегабітного з'єднання); синя жила міняється з біло-коричневою, біло-синя з коричневою (для гігабітного з'єднання, для 100 мегабіт їх можна обжати у будь-якому порядку або взагалі не обжимати).

Використання кабелю, обжатого не за стандартом, може призвести до того, що кабель працювати не буде, або буде дуже великий відсоток втрат (залежно від довжини кабелю), а також -- ситуаціям повної перевірки кабелю для визначення призначення тих або інших пар.

Дані схеми обжимання підходять як для 100-мегабітного з'єднання, так і для гігабітного. При використанні 100 мегабітного з'єднання використовуються тільки 2 з 4 пар, а саме оранжева і зелена. Синя і коричнева пари у такому разі можуть бути використані для підключення другого комп'ютера по тому ж кабелю. Кожен кінець кабелю роздвоюють на два по дві пари і отримують як би два кабелі, але під однією ізоляцією. Проте дана схема підключення може понизити швидкість і якість передачі інформації. При використанні гігабітного з'єднання використовуються 4 пари провідників.

Інструмент для обжимання (крімпер)

1. Найближче до рукояток пристрою розташовується область, в якій встановлений ніж для обрізання провідників "витої пари". Так само, в цій області є спеціальна виїмка для зняття зовнішньої ізоляції з круглого кабелю (є не у всіх "крімпер").

2. У центрі знаходиться гніздо для обтиску роз'єму.

3. У верхній частині пристрою - область для зачистки зовнішньої ізоляції "витої пари" (внутрішня ізоляція провідників не зачищається, а прорізається контактами роз'єму).

Прокладка

При прокладці витої пари повинна витримуватися задана кривизна в місцях вигину. Перевищення може призвести до зменшення опірності наведенням або до руйнування кабелю.

При прокладці екранованої витої пари необхідно стежити за цілісністю екрану по всій довжині кабелю. Розтягування або вигин приводить до руйнування екрану, що веде зменшення опірності наведенням. Дренажний дріт повинен бути сполучений з екраном роз'єму.

Размещено на Allbest.ru