Сети и телекоммуникации (заочное обучение, бакалавриат)

Почему производители выбрали именно этот металл?

- Медь - самый доступный по сравнению с золотом и серебром металл–проводник; 
- Обладает практически такими же проводящими свойствами, что и серебро;
- На проводимость меди не влияют изменения температуры; 
- Медь пластична и широко используется для изготовления проводов.

Кабель — это достаточно сложное изделие, состоящее из проводников, слоев экрана и изоляции. В некоторых случаях в состав кабеля входят разъемы, с помощью которых кабели присоединяются к оборудованию. Кроме этого, для обеспечения быстрой перекоммутации кабелей и оборудования используются различные электромеханические устройства, называемые кроссовыми секциями, кроссовыми коробками или шкафами.

Рассмотрим два типа наиболее распространенных медных кабельных соединений:

1) коаксиальные

2) медной витой пары

Коаксиальные 

Коаксиальный кабель (см. рисунок) состоит из:
4 (A) — оболочки (служит для изоляции и защиты от внешних воздействий) из светостабилизированного (то есть устойчивого к ультрафиолетовому излучению солнца) полиэтилена, поливинилхлорида, повива фторопластовой ленты или иного изоляционного материала;
3 (B) — внешнего проводника (экрана) в виде оплетки, фольги, покрытой слоем алюминия плёнки и их комбинаций, а также гофрированной трубки, повива металлических лент и др. из меди, медного или алюминиевого сплава;
2 (C) — изоляции, выполненной в виде сплошного (полиэтилен, вспененный полиэтилен, сплошной фторопласт, фторопластовая лента и т. п.) или полувоздушного (кордельно-трубчатый повив, шайбы и др.) диэлектрического заполнения, обеспечивающей постоянство взаимного расположения (соосность) внутреннего и внешнего проводников;
1 (D) — внутреннего проводника в виде одиночного прямолинейного (как на рисунке) или свитого в спираль провода, многожильного провода, трубки, выполняемых из меди, медного сплава, алюминиевого сплава, омеднённой стали, омеднённого алюминия, посеребрённой меди и т. п.

В отличие от линий передачи открытого типа (например, двухпроводной линии), благодаря наличию экранного проводника, обе компоненты электромагнитного поля электромагнитной волны и переносимый волной поток радиочастотной мощности полностью сосредоточен в пространстве между проводниками (в слое изоляции) и не выходят за пределы кабеля. Эта особенность конструкции коаксиального кабеля исключает потери мощности электромагнитной волны на излучение электромагнитных волн в окружающее пространство и, наоборот, защищает кабель от проникновения внутрь электромагнитных наводок извне. В реальных кабелях наблюдается незначительный выход излучения наружу и чувствительность к наводкам, характеризуемая радиогерметичностью.

Различают два вида коаксиальных проводов:

a) 

1) Стандарт 10BASE2  тонкий коаксиальный кабель - Число 10 означает максимальную скорость передачи данных в 10 Мбит/с. BASE является сокращением от «Baseband» и отражает тот факт, что сигнал, передаваемый по линии связи, модулируется только одной несущей — в данном случае имеющей частоту 10 МГц, то есть вся полоса пропускания занимается одним сигналом (в отличие от широкополосных методов — «Broadband», когда для передачи по одной физической линии связи используется несколько несущих частот, что позволяет одновременно передавать несколько сигналов, каждый с использованием своей несущей частоты). 2 — соответствует внешней толщине кабеля, равной примерно 0,2 дюйматонкий коаксиальный кабель (~5мм в диаметре) обладает худшими, чем толстый характеристиками, но удобен в монтаже, хотя часто ломается в местах разъёма. В настоящее время при проектировании телекоммуникационных сетей, стандарт не используется, так как  вытеснен из проектов локальных вычислительных сетей  "медной витой парой", однако до сих пор с успехом используется при монтаже радио и спутниковых систем.

б) Разъем 

10BASE5 толстый коаксиальный кабель (~10мм в диаметре), который обеспечивает хорошие механические и электрические характеристики. Однако с ним связана трудность монтажа, так как он плохо гнётся. 

10BASE5 рассчитан так, что можно делать дополнительные подключения без отключения остальной сети и разрыва кабеля. Это достигается использованием т. н. «трезубцев» или «вампирчиков» (англ. en:vampire tap) — устройства, которое с довольно большим усилием «прокусывало» кабель, при этом центральный шип контактировал с центральной жилой коаксиального кабеля, а два боковых шипа входили в контакт с экраном основного кабеля. Как правило «трезубец» совмещался в одном устройстве с приёмопередатчиком (см. рисунок). От приёмопередатчика к узлу сети (большая ЭВМ, персональный компьютер, принтер и т. п.) подходил кабель Attachment Unit Interface (AUI). Этот интерфейс использует 15-контактный двухрядный разъём D-subminiature, но с дополнительными клипсами, вместо обычно применяемых винтов, для удержания разъёма и удобства монтажа. В настоящее время стандарт признан устаревшим и не используется при проектировании сред передачи данных.

Практическое максимальное число узлов, которые могут быть соединены с 10BASE5 сегментом, ограничено 100, а длина сегмента может составлять не более 500 метров. Приёмопередатчики устанавливаются только с интервалом в 2,5 метра^[1]. Это расстояние грубо соответствует длине волны сигнала. Подходящие места установки приёмопередатчиков отмечаются на кабеле с чёрными метками.

Кабель должен был прокладываться единым цельным сегментом, T-образных связей не допускается. На концах кабеля должны были устанавливаться терминаторы 50 Ом.

; 

Категорий витой пары

Создателем витой пары считается Александр Белл, предложивший скрученный парный провод для защиты телефонной линии от помех, наводимых соседствующими проводами телеграфа или линий электропередачи. Такая скрученная пара проводов успешно использовалась в течение почти 100 лет, пока не была вытеснена современными типами медного кабеля.

Витая пара. Общий вид

Как и любое телекоммуникационное оборудование для медных кабелей разработаны международные стандарты. В данном случае ISO/IEC 11801. Кроме того, существует норматив EIA/TIA 568, действующий на территории США и его сателлитов. Данные стандарты неоднократно дополнялись и сегодня выделены 8 категорий витой пары:

• Категория 1(Сat1). Та самая витая пара проводов Александра Белла. Применяется только в аналоговой телефонии.
• Категория 2 (Сat2). Двухпарный кабель, разработанный для сетей Arcnet и TokenRing и обеспечивающий скорость передачи до 4Мбит/с. Снят с производства в начале 2000-х.
• Категория 3 (Сat3). Первый кабель на 4 пары. Создан для сетей Ethernet 10Base-T. Снят с производства в 2000-е.
• Категория 4 (Сat4). Кабель на 4 пары для сетей Token Ring, 10/100Base-T. Снят с производства, но встречается на старых сетях.
• Категория 5 (Сat5). Первый кабель способный передавать информацию на скорости до 100 Mbps. Практически полностью вытеснен преемником.
• Категория 5e (Сat5e). Усовершенствованная версия cat5. Наиболее популярная категория на сегодняшний день. Кабель способен передавать данные на скорости до 1Гбит/с. Встречается в двух вариантах: двухпарном и четырехпарном.
• Категория 6 (Сat6). Представлена в 2002 году. Пропускная способность витой пары 10Gbps. Первый кабель, способный работать на скорости 10Gbps, хотя и на небольшое расстояние. Рассматривается как возможная альтернатива cat5e.
• Категория 6A (Сat6a). Модификация стандарта Сat6, представленная в 2008 году. Пропускная способность витой пары Cat6a - 10Gbps сохраняется на дистанциях до 100 метров. Фактический аналог Сat5e для 10GE-сетей.
• Категория 7 (Сat7). Представлена в 2002 году вместе с Сat6. Стандарт первоначально позиционировался как более мощная версия Сat6, способная передавать 10Gbps на расстояние свыше 50 м, но с появлением Сat6A утратил свою актуальность.
• Категория 7А (Сat7a). Глубокая модернизация Сat7, предназначенная для работы с 25GE. Пропускная способность этого кабеля также позволяет предавать сигнал 40GE, но лишь на дистанцию 1-15 метров.
• Категория 8 (Сat8). Новейший стандарт, представленный в 2016 году. Этот кабель на четыре пары способен передать 40GE-сигнал, на расстояние до 42 метров. Cat8 делится на 2 категории:
  • Cat8.1 – стандартизирована для работы с коннекторами типа RJ-45 и обратно совместим с кабелями Сat6A.
  • Cat8.2 – предназначена для коннекторов типа TERA (разработка Siemens Company), GG45 (разработка Nexans), и ARJ-45 (разработка Bei Fuse Ltd). Данные коннекторы являются проприетарными и перспективы их применения пока туманны.

Типы витой пары

Помимо категорий, медные кабеля различают по конструкции. Выделяют следующие разновидности кабеля:

• UTP – кабель в простой оболочке, без брони или защитного экрана (неэкранированная витая пара). Обычно прокладывается внутри помещений.
• FTP – экранированная витая пара (экран из фольги).
• STP – здесь в защитный экран помещена каждая пара проводов и между двумя оболочками проложена броня из проволочной сетки.
• S/FTP он же SSTP – кабель с двойным экранированием. Первый оплетает каждую пару по отдельности, второй – охватывает весь пучок.
• U/STP – аналог STP, но без внешней брони.
• SFTP – эта экранированная витая пара имеет наиболее толстый кабель из всех. Имеет три экрана: внутренний, охватывающий парные жилы и два внешних. Один из фольги, другой из проволочной сетки.

Различия в характеристиках отнюдь не ограничены конструкцией кабеля. Свою роль играют и материалы, из которых он изготовлен. Так, жилы из чистой меди имеют лучшие характеристики проводимости по сравнению с аналогом из алюминия, покрытого медью. Другое дело, что медный проводник намного дороже алюминиевого.

Следует также различать материалы оболочек. Наиболее ходовой на сегодня остаётся оболочка из поливинилхлорида (ПВХ). Кабель с такой оболочкой маркируется буквами PVC и чаще всего окрашен в серый цвет. Он предназначен для прокладки внутри помещений. Такая оболочка очень дешева, но хорошо горит и имеет ограниченную стойкость к жаре и холоду.

Еще одним популярным материалом для оболочки кабеля является полиэтилен (обозначение PE). Он используется в кабеле для наружной прокладки. Уличная витая пара отлично переносит перепады температур и не боится сырости. В ряде вариантов оснащается несущим тросом. Это позволяет натягивать кабель между опорами, без риска повредить проводники.

Уличный кабель витая пара с тросом

В последние годы набирает популярность витая пара с оболочкой из мало дымного безгалогенного компаунда (маркировка LSZH) для прокладки в помещениях. Она плохо горит и не выделяет вредных веществ. Поэтому если к линиям или помещениям предъявляются строгие требования пожарной безопасности, выбирать следует именно его. Да, он дороже PVC, но долговечнее и безопаснее.

Существуют также более редкие оболочки для кабеля. Например, маркировка FRNC означает, что оболочка кабеля огнеупорна и устойчива к коррозии. Оболочка из полиуретана (PUR) отлично сопротивляется маслу и многократному изгибу. Такие кабеля используются в робототехнике и других сферах с особыми требованиями к проводникам.