Каждый человек, который хоть как-то знаком с компьютером, знает знаменитый порт Ethernet, который служит «окном» в глобальную сеть. Соединение происходит проводом, который называется «витая пара». Давайте разберем в деталях, что это за провод, сколько внутри жил и почему он носит название именно «витая пара».
Витая пара прошла удивительный путь от телефонных линий до основы современных компьютерных сетей. Ее история началась не в цифровую эру, а в период развития телефонии, когда инженеры обнаружили, что скручивание двух проводов эффективно защищает от электромагнитных помех.
С появлением компьютерных сетей в 1980-х годах витая пара стала реальной альтернативой неудобному коаксиальному кабелю. Прорывом стала разработка StarLAN в 1984 году — первой сети Ethernet на витой паре со скоростью 1 Мбит/с.
Настоящая революция произошла в 1990-е с введением системы категорий кабелей. Cat 3 обеспечила 10 Мбит/с, а Cat 5 открыла эру 100 Мбит/с и гигабитных скоростей. Дальнейшее развитие стандартов Cat 6 и Cat 6A позволило достичь высоких скоростей до 10 Гбит/с.
Сегодня витая пара остается фундаментом сетевой инфраструктуры благодаря надежности, низкой стоимости и простоте монтажа. От скромных начинаний в телефонии до гигабитных сетей — это история технологической эволюции, доказавшей, что простое решение может стать основой глобальной коммуникации.
Витая пара представляет собой кабель связи, состоящий из нескольких пар изолированных проводников, свитых между собой с определенным шагом и заключенных в защитную оболочку. Фундаментальной характеристикой является именно спиральное скручивание двух проводников. Эта кажущаяся простой инженерная находка решает основную проблему передачи электрических сигналов — противодействие электромагнитным помехам.
При прохождении электрического тока через проводник вокруг него формируется электромагнитное поле. Это поле способно создавать помехи в соседних проводниках, искажая полезный сигнал. В витой паре оба проводника в паре находятся в практически идентичных условиях относительно источника помех: на одном витке один проводник оказывается ближе к источнику помех, а на следующем витке их позиции меняются.
В итоге электромагнитные помехи воздействуют на оба проводника пары практически одинаково. Поскольку передача данных осуществляется с помощью дифференциального сигнала — когда приемник анализирует разность потенциалов между двумя проводниками пары — идентичная помеха на обоих проводниках взаимно компенсируется. Для дополнительного уменьшения взаимного влияния между парами в общем кабеле проводники каждой пары скручиваются с разным шагом. В принципе, это можно сравнить с активным шумоподавлением, когда микрофон «слушает» эфир, а система подает сигнал в наушники пользователя уже в противофазе.
Стандартный кабель для современных сетей Ethernet включает четыре витые пары, что означает восемь отдельных проводников. Подсоединение к сетевым устройствам выполняется через разъем 8P8C, который в быту часто некорректно именуют RJ-45. Эти восемь проводников организованы особо — они формируют четыре пары, каждая из которых имеет индивидуальную цветовую маркировку для удобства монтажа и обслуживания.
Далеко не все витые пары идентичны по своим возможностям. Их производительность и способность передавать информацию на высоких скоростях определяется принадлежностью к конкретной категории. Категория (обозначаемая как CAT, как уже было написано выше) устанавливает проектную скорость передачи информации и рабочую частотную полосу. Чем выше категория, тем совершеннее передаточные характеристики и выше предельная частота функционирования кабельной линии.
В исторической ретроспективе существовали категории CAT 1 и CAT 2, применявшиеся для телефонных линий и ранних сетевых решений, но в настоящее время они считаются абсолютно устаревшими. Им на смену пришли современные стандарты. Категория CAT 5e с частотной полосой 125 МГц представляет собой наиболее распространенный тип витой пары на сегодняшний день. Она задействует все четыре пары для передачи информации и поддерживает скорость до 1000 Мбит/с (1 Гбит/с).
Категория CAT 6 с полосой 250 МГц способна передавать данные на скорости до 10 Гбит/с на расстояние до 55 метров, а ее усовершенствованная модификация CAT 6a с полосой 500 МГц демонстрирует аналогичные показатели на дистанции до 100 метров.
Высшие категории, такие как CAT 7 и CAT 7a, устанавливают новые стандарты производительности. Кабель категории CAT 7 с полосой 600-700 МГц поддерживает скорости до 10 Гбит/с, а CAT 7a — до 40 Гбит/с на расстоянии до 50 метров и даже до 100 Гбит/с на 15 метрах. Следует понимать, что витая пара более высокого класса поддерживает технические характеристики низшего класса, но обратная совместимость не работает.
В зависимости от уровня электромагнитных помех в среде прокладки выбирается конкретный тип витой пары — экранированный или неэкранированный. Неэкранированная витая пара (UTP) — это наиболее распространенный и экономичный вариант. Она не имеет дополнительных экранов и полагается исключительно на скрутку пар для защиты от помех. UTP оптимально подходит для офисных и домашних сетей, где уровень помех относительно невысок.
Когда кабель требуется проложить в непосредственной близости от мощных источников электромагнитных излучений, таких как силовые кабели, электродвигатели или промышленное оборудование, используются экранированные версии. Международный стандарт ISO/IEC 11801 определяет несколько типов экранирования, обозначаемых в формате x/xTP. К примеру, FTP (или F/UTP) обладает общим внешним экраном из фольги вокруг всех пар.
Более сложные конструкции, подобные S/FTP, имеют общий экран в виде медной оплетки и дополнительно фольгированный экран для каждой витой пары в отдельности. Это обеспечивает максимальную защиту как от внешних помех, так и от перекрестных наводок между парами внутри кабеля. Существенно отметить, что монтаж экранированного кабеля требует повышенной аккуратности, а для эффективного функционирования экран должен быть правильно заземлен.
Какой вывод?
Витая пара — на самом деле уникальный и продуманный кабель. Несмотря на то что идет активное внедрение оптоволоконных сетей и беспроводных технологий, классическое проводное подключение никуда не исчезнет — оно будет всегда актуальным.
А вы умеете обжимать?
Чтобы не пропустить ничего важного, подписывайтесь на наш канал в мессенджере MAX