Ethernet кабель какие пары используются

Физика Ethernet для самых маленьких

• Что такое домен коллизий?
• Сколько пар используется для Ethernet и почему?
• По каким парам идет прием, а по каким передача?
• Что ограничивает длину сегмента сети?
• Почему кадр не может быть меньше определенной величины?

Если не знаешь ответов на эти вопросы, а читать стандарты и серьезную литературу по теме лень — прошу под кат.

Кто-то считает, что это очевидные вещи, другие скажут, что скучная и ненужная теория. Тем не менее на собеседованиях периодически можно услышать подобные вопросы. Мое мнение: о том, о чем ниже пойдет речь, нужно знать всем, кому приходится брать в руки «обжимку» 8P8C (этот разъем обычно ошибочно называют RJ-45). На академическую глубину не претендую, воздержусь от формул и таблиц, так же за бортом оставим линейное кодирование. Речь пойдет в основном о медных проводах, не об оптике, т.к. они шире распространены в быту.

Технология Ethernet описывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный. Дальше будем говорить только о физическом, т.е. о том, как передаются биты между двумя соседними устройствами.

Технология Ethernet — часть богатого наследия исследовательского центра Xerox PARC. Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель — разделяемая среда передачи. Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется шина. Однако если хотябы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией, а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи — доменом коллизий. Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналов в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого — фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.

Диаметр коллизионного домена и минимальный размер кадра

Теперь давайте представим, что будет, если в сети, изображенной на рисунке, узлы A и С одновременно начнут передачу, но успеют ее закончить раньше, чем примут сигнал друг друга. Это возможно, при достаточно коротком передаваемом сообщении и достаточно длинном кабеле, ведь как нам известно из школьной программы, скорость распространения любых сигналов в лучшем случае составляет C=3*10 8 м/с. Т.к. каждый из передающих узлов примет встречный сигнал только после того, как уже закончит передавать свое сообщение — факт того, что произошла коллизия не будет установлен ни одним из них, а значит повторной передачи кадров не будет. Зато узел B на входе получит сумму сигналов и не сможет корректно принять ни один из них. Для того, чтоб такой ситуации не произошло необходимо ограничить размер домена коллизий и минимальный размер кадра. Не трудно догадаться, что эти величины прямо пропорциональны друг другу. В случае же если объем передаваемой информации не дотягивает до минимального кадра, то его увеличивают за счет специального поля pad, название которого можно перевести как заполнитель.

Таким образом чем больше потенциальный размер сегмента сети, тем больше накладных расходов уходит на передачу порций данных маленького размера. Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.

Витая пара и дуплексный режим рабты

Витая пара в качестве среды передачи отличается от коаксиального кабеля тем, что может соединять только два узла и использует разделенные среды для передачи информации в разных направлениях. Одна пара используется для передачи (1,2 контакты, как правило оранжевый и бело-оранжевый провода) и одна пара для приема (3,6 контакты, как правило зеленый и бело-зеленый провода). На активном сетевом оборудовании наоборот. Не трудно заметить, что пропущена центральная пара контактов: 4, 5. Эту пару специально оставили свободной, если в ту же розетку вставить RJ11, то он займет как раз свободные контакты. Таким образом можно использовать один кабели и одну розетку, для LAN и, например, телефона. Пары в кабеле выбраны таким образом, чтоб свести к минимуму взаимное влияние сигналов друг на друга и улучшить качество связи. Провода одной пару свиты между собой для того, чтоб влияние внешних помех на оба провода в паре было примерно одинаковым.
Для соединения двух однотипных устройств, к примеру двух компьютеров, используется так называемый кроссовер-кабель(crossover), в котором одна пара соединяет контакты 1,2 одной стороны и 3,6 другой, а вторая наоборот: 3,6 контакты одной стороны и 1,2 другой. Это нужно для того, чтоб соединить приемник с передатчиком, если использовать прямой кабель, то получится приемник-приемник, передатчик-передатчик. Хотя сейчас это имеет значение только если работать с каким-то архаичным оборудованием, т.к. почти всё современное оборудование поддерживает Auto-MDIX — технология позволяющая интерфейсу автоматически определять на какой паре прием, а на какой передача.

Возникает вопрос: откуда берется ограничение на длину сегмента у Ethernet по витой паре, если нет разделяемой среды? Всё дело в том, первые сети построенные на витой паре использовали концентраторы. Концентратор (иначе говоря многовходовый повторитель) — устройство имеющее несколько портов Ethernet и транслирующее полученный пакет во все порты кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом если концентратор начинал принимать сигналы сразу с двух портов, то он не знал, что транслировать в остальные порты, это была коллизия. То же касалось и первых Ethernet-сетей использующих оптику (10Base-FL).

Зачем же тогда использовать 4х-парный кабель, если из 4х пар используются только две? Резонный вопрос, и вот несколько причин для того, чтобы делать это:

• 4х-парный кабель механически более надежен чем 2х-парный.
• 4х-парный кабель не придется менять при переходе на Gigabit Ethernet или 100BaseT4, использующие уже все 4 пары
• Если перебита одна пара, можно вместо нее использовать свободную и не перекладывать кабель
• Возможность использовать технологию Power over ethernet

Не смотря на это на практике часто используют 2х-парный кабель, подключают сразу 2 компьютера по одному 4х-парному, либо используют свободные пары для подключения телефона.

Gigabit Ethernet

В отличии от своих предшественников Gigabit Ethernet всегда использует для передачи одновременно все 4 пары. Причем сразу в двух направлениях. Кроме того информация кодируется не двумя уровнями как обычно (0 и 1), а четырьмя (00,01,10,11). Т.е. уровень напряжения в каждый конкретный момент кодирует не один, а сразу два бита. Это сделано для того, чтоб снизить частоту модуляции с 250 МГц до 125 МГц. Кроме того добавлен пятый уровень, для создания избыточности кода. Он делает возможной коррекцию ошибок на приеме. Такой вид кодирования называется пятиуровневым импульсно-амплитудным кодированием (PAM-5). Кроме того, для того, чтоб использовать все пары одновременно для приема и передачи сетевой адаптер вычитает из общего сигнала собственный переданный сигнал, чтоб получить сигнал переданный другой стороной. Таким образом реализуется полнодуплексный режим по одному каналу.

Дальше — больше

10 Gigabit Ethernet уже во всю используется провайдерами, но в SOHO сегменте не применяется, т.к. судя по всему там вполне хватает Gigabit Ethernet. 10GBE качестве среды распространения использует одно- и многомодовое волокно, с или без уплотнением по длине волны, медные кабели с разъемом InfiniBand а так же витую пару в стандарте 10GBASE-T или IEEE 802.3an-2006.

40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE). Разработка этих стандартов была закончена в июле 2010 года. В настоящий момент ведущие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Juniper Networks и Huawei уже заняты разработкой и выпуском первых маршрутизаторов поддерживающих эти технологии.

В заключении стоит упомянуть о перспективной технологии Terabit Ethernet. Боб Меткалф, создатель предположил, что технология будет разработана к 2015 году, и так же сказал:

Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое

UPD: Спасибо хабраюзеру Nickel3000, что подсказал, про то что разъем, который я всю жизнь называл RJ45 на самом деле 8P8C.
UPD2:: Спасибо пользователю Wott, что объяснил, почему используются контакты 1,2,3 и 6.

Источник

Как выбрать интернет-кабель для прокладки домашней или офисной сети

Сегодня крупные интернет-магазины предлагают десятки и сотни наименований витой пары для прокладки локальной сети. Стоимость одного метра варьируется от нескольких рублей до тысячи рублей. Мы расскажем, как выбрать оптимальный кабель, не прогадав с ценой и характеристиками.

Для чего нужен кабель?

Витая пара используется для прокладки телефонной линии, локальной сети, сигнализации, домофона, видеонаблюдения, подключения интернета и т.п. Предположим, нам нужен интернет-кабель для прокладки сети дома или в офисе.

Число пар в витой паре

Витая пара с двумя парами подходит для скоростей до 100 Мбит/с, с четырьмя парами — до 1 Гбит/с и выше (об этом позже). В продаже есть кабели с большим числом пар (вплоть до 100 пар), но для наших целей они не нужны.

Категория кабеля

Чем выше категория, тем выше поддерживаемая скорость передачи данных. Четырехпарные Cat 5 и Cat 5e поддерживают скорость до 1 Гбит/с. 5e предпочтительнее, так как кабель тоньше и дешевле при одинаковых характеристиках.

Cat 6 поддерживает скорость до 10 Гбит/с на расстоянии до 55 метров, Cat 6A — ту же скорость до 100 метров.

Пропускная способность Cat 7A достигает 25 Гбит/с. Разрабатываются Cat 8 и Cat 8.1 с поддержкой 40-гигабитных скоростей.

Тип кабеля

Внутри помещений обычно прокладывают UTP-кабель и его разновидности. Это самый бюджетный вариант. FTP — это кабель с общим фольгированным экраном, защищающим от помех (например, внешних наведенных токов). STP — это вариация FTP с дополнительной защитой каждой пары. Существуют и другие модификации. Кроме того, кабели бывают круглыми и плоскими, с дополнительной броней и/илитросом для более удобной прокладкой.

Число жил

Проводники в витой паре могут состоять из одной толстой жилы, либо из нескольких тонких (от 7 и выше). Если кабель будут часто изгибать, лучше брать многожильный кабель.

Толщина кабеля

Параметр AWG характеризует поперечное сечение кабеля. Чем меньше AWG (толще кабель), тем лучше. Для Cat 5e стандартное значение — AWG24. В «шестой» версии стандарта могут использоваться AWG22 и AWG23.

Материал для проводников

Лучшийвариант — медь. Встречаются варианты: алюминий, омедненный алюминий или сталь, различные сплавы.

Материал для оболочки

Самые дешевые кабели изготавливают из поливинилхлорида (PVC). Обычно его используют внутри помещений. Для внешней среды используют полиэтилен (PE) и другие материалы. Есть кабели огнестойкие, малодымные и малотоксичные.

NB! На каждом кабеле вы найдете подробную информацию: производитель, число пар, категория и тип кабеля, одножильный/многожильный, для внутреннего/внешнего использования и т.д.

Какой кабель лучше подходит для дома и офиса?

Оптимальный вариант на сегодня — четырехпарный UTP-кабель Cat 5e с поддержкой до 1 Гбит/с. Если ваша сеть (или определенные ее участки) нуждается в более высоких скоростях, используйте Cat 6/6A. Здесь вы в теории получите до 10 Гбит/с. Такой кабель можно прокладывать на будущее, если в ближайшие 3-5 лет понадобятся такие скорости. Кабель Cat 6/6A сегодня, кстати,стоит ненамного дороже аналогичного Cat 5e.

В ближайшие годы провайдеры будут прокладывать оптику до узлового роутера или медиаконвертера дома или офиса, а локальную сеть по-прежнему будут строить на витой паре. Так дешевле, практичнее и удобнее.

Материал написал в сотрудничестве с LanArt , крупным поставщиком телекоммуникационного оборудования в России и СНГ.

Источник

Виды и устройство витой пары

Витая пара — это обычный медный провод, который применяется для прокладки сетей, кроме него используют, в основом, еще два вида сетевых кабелей — коаксиальный и оптический. Получается кабель витая пара путем соединения двух отдельных изолированных проводов в скрученном виде и параллельного их расположения, что помогает уменьшить перекрестные помехи или электромагнитную индукцию между парами проводов.

Кабель витой пары хорош для передачи симметричных дифференциальных сигналов. Такая практика передачи сигналов восходит к ранним дням телеграфа и радио. Преимущества улучшенного отношения сигнал / шум и перекрестных помех которые обеспечивает сбалансированная передача сигнала, особенно ценны в системах с широкой полосой пропускания и высокой точностью.

Поскольку для некоторых телефонных аппаратов или настольных компьютеров требуется несколько подключений, витая пара иногда устанавливается в одном кабеле в две или более пар. Несмотря на неоднократно звучавшие пророчества о ненужности витой пары и пришествии оптоволокна, кабели этого типа продолжают активно использоваться.

Содержание

Как работает витая пара？

Провод витая пара широко используется для телекоммуникаций и большинства современных сетей Ethernet. Но знаете ли вы, как работает витая пара ?
Когда электрический ток протекает через кабель, он создает небольшое круглое магнитное поле вокруг провода. Поэтому шум в контурах данных является следствием магнитного поля. При прямом кабельном соединении весь ток движется в одном и том же направлении, точно так же, как в обычных трансформаторных катушках. Так как кабель фактически закручен, его магнитные поля противоположны друг другу. Таким образом при подобном соединении пары проводов, они нейтрализуют излучение друг друга и любые внешние магнитные поля. Из-за этого шумовой ток в витом кабеле ниже, чем в обычном кабеле.

Типы витой пары

Для обеспечения защиты от электромагнитных помех применяю экранировние кабеля фольгой и металлической оплеткой. Отличие UTP от FTP состоит в наличии экранирования у второго типа обозначения. В зависимости от того какого вида экранирование применено в кабеле, разделяют следующие типы обычной и защищенной витой пары :

• U/UTP. Нет общего экранированния (U), витые пары неэкранированные (UTP);
• F/UTP. Общее экранирование из фольги (F), витые пары неэкранированные (UTP);
• SF/UTP. Общее экранирование из оплетки (S) и общий экран из фольги (F), витые пары неэкранированные (UTP);
• S/FTP. Общее экранирование с оплеткой (S), витые пары защищены фольгой (FTP);
• F/FTP. Общее экранирование из фольги (F), витые пары также экранированы фольгой (FTP);
• U/FTP. Без общего экранирования, витые пары защищены фольгой (FTP).

Типы экранирования витой пары

Кабель с экранированной витой парой (STP) используется для устранения индуктивной и емкостной связи. Скручивание отменяет индуктивную связь, в то время как экранирование устраняет емкостную. Этот вид кабеля часто применяется для создания сетей между зданиями. По сравнению с неэкранированной витой парой использование STP приводит к большему затуханию. Однако, поскольку в случае сбалансированной передачи, дополняющие сигналы будут эффективно подавлять любые токи экранирования, потери незначительны. Кроме того, хотя STP предотвращает помехи лучше, чем UTP, он более дорогой и сложный в установке.

Неэкранированная витая пара является наиболее часто используемым кабелем для сетевых соединений. Он состоит из медных проводов с цветовой кодировкой, но не содержит фольги или оплетки в качестве изолятора для защиты от помех. Кроме того, провода в каждой паре скручены вокруг друг друга. Кабели UTP меньше, чем кабели STP, что облегчает их установку, особенно в больших количествах или в узких пространствах. Они также дешевле, и не требуют особого обслуживания, поскольку не зависят от внешнего экрана. Кроме того, кабели UTP также могут передавать данные так же быстро, как и кабели STP. Однако они более подвержены электрическим и другим помехам. Таким образом, кабели UTP лучше всего использовать для внутренних и офисных соединений Ethernet.

Категории кабеля витая пара

Категория определяет скорость передачи данных по витой паре и частоту сигнала, вот, например, посмотрите чем отличается витая пара категории 5е от категории 6 .

• Кат.1 (частота 0,1 МГц): это форма проводки, которая используется для стандартной телефонной проводки (POTS) или для ISDN.
• Кат.2 (частота 1 М Гц) : это была форма проводки, которая использовалась для сетей Token Ring 4 Мбит / с.
• Кат.3 (частота 16 М Гц) : используется для сетей передачи данных, использующих частоты до 16 МГц. Она была популярна для использования с сетями Ethernet 10 Мбит / с (100Base-T), но теперь заменена кабелем Cat.5.
• Кат.4 (частота 20 М Гц) : можно использовать для сетей, несущих частоты до 20 МГц. Она часто использовалась в сетях Token Ring 16 Мбит / с.
• Кат.5 (частота 100 М Гц) : сетевой кабель, который широко используется для сетей 100Base-T и 1000Base-T, поскольку он обеспечивает производительность, позволяющую передавать данные на скорости 100 Мбит / с и немного больше (125 МГц для 1000Base-T) Ethernet. Кабель Cat.5 заменил версию Cat.3 и в течение ряда лет стал стандартом для кабелей Ethernet. Кабель 5 категории устарел и поэтому не рекомендуется для новых установок.
• Кат.5e (частота 125 М Гц) : имеет немного более высокую частотную спецификацию, чем кабель Cat.5, так как ее производительность увеличивается до 125 Mbps.
• Кат.6 (частота 250 М Гц) : обеспечивает значительное улучшение производительности по сравнению с Cat.5 и Cat.5e. В процессе производства кабели намотаны более плотно, и они часто имеют внешнюю фольгу или экранирующую оплетку. Кабели Cat.6 могут технически поддерживать скорость до 10 Гбит / с, но могут делать это только на расстоянии до 55м.
• Кат.6a (частота 500 М Гц) : «a» обозначает «Augmented, с англ. дополненная», эта категория была пересмотрена в 2008 году. Кабели категории 6a способны поддерживать в два раза большую максимальную пропускную способность и более высокие скорости передачи при более длинных сетевых кабелях. Используются экранированный кабель, который достаточен для устранения перекрестных помех. Однако это делает их менее гибкими, чем кабель Кат.6.
• Кат.7 (частота 600 М Гц) : м еждународный стандарт ISO 11801, класса F. Он состоит из четырех индивидуально экранированных пар внутри общего экрана. С корость передачи данных до 10 Гбит/с.
• Кат.7а (частота 1000 М Гц) : м еждународный стандарт ISO 11801 , скорость передачи данных до 10 Гбит/с. Общий экран и экраны вокруг каждой пары (F/FTP или S/FTP).
• Кат.8.1 (частота 1600-2000 М Гц) : экранирование минимум U/FTP или F/UTP, полная совместимость и взаимозаменяемость с классом EA (категорией 6A) при использовании разъёмов 8P8C. Категория 8.1 поддерживает скорости 25 Гбит/с и 40 Гбит/с.
• Кат.8.2 (частота 1600-2000 М Гц) : экранирование минимум F/FTP или S/FTP, взаимозаменяемость с классом FA (категорией 7A) при использовании разъёмов 8P8C или TERA/GG45/ARJ45. Категория 8.2 поддерживает скорости 25 Гбит/с и 40 Гбит/с.

Подробнее о характеристиках всех категорий витой пары и отдельных видах Cat.6a, Cat.8, Cat.5e, Cat.7 и Cat.6.

Оболочка витой пары

В качестве оболочки в витой паре в основном используют:

• PVE (ПВХ) – поливинилхлорид, используется в качестве оболочки кабеля, предназначенного для внутренней прокладки;
• PE – полиэтилен, в основном используется в кабелях для внешней прокладки;
• LSZH ( LOW SMOKE ZERO HALOGEN ) — оболочка с низким дымовыделением и нулевым содержанием галогенов, применяется в кабелях, предназначенных для прокладки в местах, где возможно массовое скопление людей.

Маркировка витой пары

Маркировка витой пары позволяет узнать основную информацию, которую необходимо учитывать при выборе кабеля в зависимости от условий прокладки. В основном она состоит из следующих обозначений:

Пример маркировки кабеля витая пара

1. Производитель
2. Тип экранирования
3. Количество пар
4. Категория кабеля
5. Одножильный или многожильный
6. Тип оболочки
7. Цвет

Кроме этого может быть обозначен калибр кабеля в стандарте AWG, материал проводника, длина бухты и пригодность для внешней прокладки .

Применение витой пары

Она широко используется для передачи данных и телекоммуникационных приложений в структурированной кабельной системе. Поскольку дальность передачи, скорость и пропускная способность у витой пары ограничены, она часто используются в телефонных линиях для передачи голоса и данных, а также в локальной сети и сети Интернет.

Заключение

Подводя итог, можно сказать, что в будущем витая пара имеет большой потенциал в области передачи на короткие расстояния. Она может обеспечить необходимые условия для высокой эффективности, энергосбережения, защиты окружающей среды и многих других тенденций в современном обществе.

Если стоит выбор, где купить витую пару, выбирайте надёжного поставщика. Компания « АнЛан » занимает лидирующие позиции на рынке РФ с 2007 года. Разумная цена и европейское качество — то, что отличает продукцию компании от других организаций.

Источник