Сучасний комп’ютер зобов’язаний бути підключеним до інтернету. Якщо раніше це було примхою власника, то зараз деякі ігри та програми без нього не працюють. Проте власники частіше звертають увагу на швидкість оперативної пам’яті або частоту монітора, а якість мережевого обладнання залишається на другому плані. Проте простий дріт від роутера до комп’ютера має багато характеристик, і вони можуть впливати на стабільність з’єднання. Що таке кручена пара, чому вона кручена, і звідки в ній береться інтернет — розбираємося в нашому матеріалі.
Інформація передається дротами: довгими, короткими, мідними і навіть скляними. У світі так багато дротів, що, якщо зв’язати їх в один, то можна провести інтернет на Місяць і назад. Однак, навіть якщо це здійсненно, такий інтернет гарантовано не працюватиме. Тому що, крім самого дроту, є ще тонна умов, за яких працює кручена пара. Це категорія провідника, тип, матеріал дроту, якість екранування, завадостійкість і багато іншого. Все це визначає якість роботи мережі і поширюється як на багатокілометрові лінії зв’язку, так і на домашніх коротунів.
А для тих, хто вважає за краще використовувати бездротові мережі, можна подивитися, яку точку доступу підібрати і як це зробити правильно:
Як кручена пара передає сигнал
Для когось буде відкриттям, що кабелем передаються не біти і байти, хоча техніку ми називаємо цифровою. Насправді, в дроті немає ніякої інформації, а тільки напруга. Один комп’ютер ставить запитання, інший відповідає, і все це відбувається за допомогою передачі вольтажу через кручені пари.
Для передачі інформації комп’ютер ділить її на біти. Потім вони шифруються в двійкову систему і передаються по кабелю. У цей час інформація виглядає як прості електричні імпульси різної тривалості (частоти) і з різним вольтажем. При цьому, передаються два сигнали: один з позитивною напругою, інший — з негативною. Приймаючи сигнал, дешифратор складає напруги і в сумі отримує нуль. Таким чином, знаючи вольтаж, тривалість імпульсу і різницю напруг, мережева карта розуміє, який код їй посилає співрозмовниця.
Для надсилання коду «0 1» необхідно, умовно, передати дротом електричний імпульс розміром у 6 В і-6 В і тривалістю 3 мс. За ним слідують інші коди, наприклад, «1 1». Його комп’ютер зашифрує як імпульс у 4 В і-4 В і 0.5 мс. Це можна представити у вигляді графіка періодичних сигналів:
З погляду простої людини без фізико-математичної скоринки в кишені таке пояснення буде зрозумілим і достатнім, щоб уявити, що коїться у крученій парі під час передавання сигналу. В інформатиці цей процес називається манчестерським кодом і це знаходиться на першому рівні OSI. Так називають 7 рівнів руху інформації від біта до зрозумілого для людини зображення на екрані. Рух електричних або світлових сигналів це перший, «фізичний» рівень. Там і працює кручена пара.
Від радянської локшини до сучасного UTP
Для передавання високочастотного сигналу не завжди використовували дріт із кількома крученими парами. Не будемо заглядати в історію зовсім далеко, а зупинимося на часі, коли телефонія впевнено оселилася в кожній квартирі 80-х. Цілком реально, що в когось і досі працює телефонний апарат за старою DSL-лінією. Він під’єднаний таким дротом:
Це телефонний дріт ТРП для прокладання мережі в приміщеннях. У народі його називають локшиною через схожість із плоскими макаронами. Зазвичай використовується для «доведення» сигналу до потрібного місця. Зараз таким проводом сигнальні лінії не ведуть, а використовують сучасні UTP патч-корди.
Ще один спосіб передати високочастотні дані на середні відстані — коаксіальні дроти. Сигнальний дріт захищений від наведень екрануванням:
Коаксіальний кабель використовують і зараз, наприклад, у радіо та супутниковому зв’язку, а також в антенах для приймання цифрового або аналогового телебачення. Втім, його можуть застосовувати скрізь, де необхідно з’єднати між собою два чутливих до перешкод пристрої.
Крім «домашніх» і всім відомих проводів, у сучасних мережах є й інші. Це багатожильні дроти-траси з 25 парами, екрановані та посилені, а також оптоволоконні провідники з різною кількістю скляних жил, зокрема й кручені пари.
Для чого так багато різновидів крученої пари
За допомогою витої пари з’єднують не тільки роутер і комп’ютер. Є більш глобальні застосування. Так, один провідник призначений тільки для приміщень, а інший здатний працювати на вулиці під прямими променями сонця. Перший розтягнеться і зіпсується на великих відстанях, а інший спокійно витримає витягування на десятки метрів. Десь достатньо протягнути простий дріт без екрану, а в іншому місці буде багато сторонніх сигналів, тому і дріт потрібен відповідний. Для цього призначені різні типи витої пари.
UTP — найпростіший і найніжніший кабель. Не захищений від зовнішніх перешкод, а також не любить розтягування. Зате він м’який і добре згинається. Підходить для дому та офісу.
FTP — те ж саме, але з додатковим екрануванням. Тобто, всі пари закутані у фольгу. Має ті ж фізичні плюси і мінуси першого варіанту, тільки більш стійкий до перешкод. Такі дроти — мінімум для використання у виробничих приміщеннях зі сторонніми перешкодами.
STP — все те, що є в попередніх, плюс захисне металеве обплетення.
SFTP — кожна пара загорнута у власну фольгу, а загальний провід захищений металевим обплетенням.
U/FTP — кожна пара у фользі, решта все як у UTP.
F/FTP — для кожної пари фольга, плюс загальна для всього дроту.
SF/FTP — кожна пара екранована, плюс весь провід захищений металевим обплетенням, а для жорсткості додають сталевий дріт. Це провід для побудови довгих трас.
Для домашнього інтернету цілком вистачає простого UTP. Максимум — FTP, якщо це багатоквартирний будинок і потрібно захистити сигнал від мікрохвильових печей і роутерів із точками доступу 5 ГГц. Решта використовуються для прокладання зовнішніх ліній між будівлями або на велику відстань, де сигнал обов’язково захищають від зовнішніх перешкод і прагнуть максимально зберегти якість.
Категорії крученої пари
Категорії крученої пари визначаються основними характеристиками дроту: максимальна частота сигналу і товщина провідника. Що вища допустима частота в дроті, то кращі його якісні показники і здатність утримувати швидкість протягом десятків метрів. Переважно використовуються «5e» і «6» категорії, хоча всього їх 10:
Між іншим, та сама «локшина» — це кручена пара Cat. 1 , і вона досі зустрічається в приватних житлових секторах під ADSL. Інші категорії вийшли з ужитку (2, 3, 4) або ще не знайшли широкого застосування в домашніх мережах (6a, 7, 7a). Проте, це питання часу, оскільки з’єднання зі швидкістю понад 1 Гбіт/с вже існують і пропонуються провайдерами.
Інші характеристики
З категорією крученої пари визначитися нескладно, тому що в комп’ютерних магазинах користувачеві навряд чи запропонують щось, крім дротів Cat. 5e або Cat. 6 . Набагато важливіше вибрати дріт за іншими параметрами.
По-перше, враховуємо матеріал, з якого зроблені жили крученої пари. Найдешевший і найдоступніший варіант — це алюміній. Проводить електрику в 1,7 раза гірше за мідь, любить окислюватися під час контакту з киснем і не любить вигинів. Як основу для якісної сигнальної траси відразу відмітається, навіть якщо це домашня мережа зі швидкістю до 100 Мбіт/с. Єдиний плюс такого дроту — дешеве виробництво.
Трохи краще — обміднений алюміній . Усе те ж саме, тільки алюміній вкритий наношаром міді для захисту від окислення. Проходимо повз.
Єдино правильний шлях — чиста мідь. Це найкраща електропровідність, стійкість до окислення, стійкість до вигинів і гарантія стабільності в місці з’єднання дроту і клеми. Зрозуміло, це найдорожчий дріт із кручених пар.
Однак наявність провідників із чистої міді становить тільки половину справи. Мідний дріт виробляти дорого, тому і тут є нюанси. Наступний важливий параметр, який вказує на якість провідника — це товщина мідної жили. Тут теж є свої стандарти:
Що більший діаметр, то менший опір лінії, а отже, вища швидкість передавання інформації на великі відстані. У звичайних мережах використовують 23-24 AWG, і цього достатньо. Тим більше, що фанатично шукати дріт із «товстими» парами не варто хоча б через стандарти ISO. Вони кажуть, що 22-24 AWG — це розумні межі для того, щоб дріт без проблем поміщався в контактах конекторів і розеток (до 0,64 мм). Втім, якщо говорити про домашні мережі, то AWG 24 — це розумна межа для будь-яких систем і швидкостей.
Вита пара буває одножильна і багатожильна. Дріт із цільними жилами підходить для розведення мережі по стінах, у кабель-каналах або для організації довгих трас. Фізичні та електричні властивості цільного мідного дроту кращі, ніж у багатожилки. Переважно це міцність і завадостійкість. Багатожильний дріт застосовується для складання заводських патч-кордів. Його властивостей достатньо для передачі інформації між пристроями на невеликій (до 5 м) відстані. Він добре приймає форму і стійкий до зламів.
Незважаючи на стандарти в Cat. 5e, виробники можуть випускати дроти з двома парами замість чотирьох. Кількість пар відіграє роль у мережах зі швидкістю понад 100 Мбіт/с. Враховуємо цей момент і беремо повноцінний кабель з усіма парами, щоб потім спокійно перейти на високошвидкісний тариф, під’єднати відеоспостереження і дивитися фільми в 4К без проблем із пропускною спроможністю.
Хорошому дроту — хороша ізоляція. Якісна кручена пара має захищатися товстою, але м’якою оболонкою. Тоді дріт буде легше згорнути, спрямувати в кабель-каналі, а ще він не перетреться і буде впевнено триматися в кліпсі мережевого роз’єму. Хороша ізоляція — це також захист від втрати сигналу на великих відстанях, де полімерне покриття провідника працює як електромагнітний діелектрик.
Конектори RJ-45
Registered Jack — стандартизований роз’єм. Як і кручена пара, конектор має різні категорії та рівні якості.
Для кожного типу витої пари застосовується свій роз’єм. Для дротів Cat. 5 і 5e використовують перший варіант (див. зображення вище). Він знайомий кожному користувачеві і здатний переварити товщину провідників до 24 AWG. Більше нічим не примітний.
Для побудови екранованих мереж використовується джек Cat. 6 . Він може затискати дроти до 23 AWG, а також має металевий корпус, який з’єднується з фольгою в дроті і створює єдиний завадостійкий контур між пристроями.
Відповідно, для проводів вищих категорій є інші конектори. Але це серверний рівень і домашній користувач навряд чи зіткнеться навіть з конекторами типу 6a.
Придатність роз’єму для різного типу дротів диктується не тільки розмірами кліпси, що утримує дріт у роз’ємі, а й типами ножів, що пробивають оболонку кожного дроту в парі і з’єднуються з міддю. А ще якістю позолоти контактів.
Чому пар кілька і за що вони відповідають
Для приймання і передавання даних у дроті використовується два способи розташування кручених пар у конекторах. Це прямий і перехресний обтиск. Для сучасних мережевих пристроїв немає різниці в розпіновці, тому що пристрої вміють робити це автоматично на рівні роз’єму. Тому здебільшого використовується прямий обтиск і відповідне йому розпіновування пар:
У з’єднаннях до 100 Мбіт/с дані передаються тільки двома парами: одна займається відправленням сигналу (називають TX), інша прийомом (RX). Тобто, Transfer і Receive. Причому в кожній парі обидва дроти працюють в одному напрямку. Тільки по одному біжить позитивна напруга, а в іншому — негативна. Це ми розібрали на початку статті. Інші пари задіюються під потреби PoE (підключення IP-камер), телебачення або телефонії. Для роботи високошвидкісних ліній задіюють усі чотири пари.
Дроти позначають стандартними кольорами, де кожна пара має свій основний колір. Це зроблено для зручності, оскільки продзвонювати вісім одноликих дротів під час кожного обтиску — заняття виснажливе. Фізичної різниці між парами немає, головне, щоб дріт був обжатий однаково з обох кінців.
Чому пара «кручена» і що таке екранування
По дроту передаються електричні імпульси з високою частотою. На самому початку ці імпульси сильні та виразні, а до кінця дроту їхня амплітуда знижується. Це називається загасанням сигналу або «внесеними втратами». Відношення сили вихідного сигналу на початку дроту до сили вхідного сигналу в кінці вимірюють у децибелах. Що вища різниця, то гірша якість сигналу. Зазвичай сигнал псується на великих відстанях, якщо специфікації витої пари не відповідають заявленим або порушуються правила побудови мереж. Чималу роль у якості сигналу відіграє матеріал провідників, їхнє правильне обтискання в конекторі, а також захист від власних і зовнішніх наведень.
Як скоротити втрати сигналу на довгих трасах:
- Використовувати дріт із мідними парами великого діаметра (AWG 22-23);
- Підібрати дріт з товстою оболонкою, яка має кращі діелектричні властивості;
- Використовувати дроти зі срібла (так, таке теж буває);
- Включити в трасу підсилювач сигналу.
Тобто, якщо потрібно передати сигнал на дуже велику відстань, то без репітера це не вийде. Принцип роботи такий самий, як і в повторювача для WiFi: береться редукований сигнал, перетворюється на вихідний за потужністю і надсилається наступній станції або адресату. Для цього є спеціальні пристрої — екстендери Ethernet. Або роутер (він же світч). Тобто, якщо сигнал гасне через кожні 100 метрів, то можна перепідключати лінію на світчах і передавати сигнал далі. Але це в теорії.
На практиці сигнал у витій парі перемішується з різними перешкодами. Це сигнали стільникової мережі, радіосигнал роутера, високочастотні хвилі від мікрохвильової печі і навіть низькочастотний шум від двигуна автомобіля. Крім цих явищ є і внутрішні, коли одна пара вносить паразитні сигнали в іншу пару і виникають перехресні перешкоди.
Від зовнішніх впливів на сигнал провід захищають алюмінієвою фольгою. Залежно від типу і категорії дроту, така фольга може захищати кожну пару окремо або весь дріт цілком. Для захисту від сильних перешкод також використовують металеве обплетення.
Для зниження наведень між пар придумали інший спосіб — кручені дроти:
З початкової фізики ми знаємо, що рух електрики в дроті створює електромагнітне поле. Це поле може впливати і взаємодіяти на поле і сигнал інших проводів. Таких наведень не можна позбутися, але ними можна керувати. Для цього всі пари в дроті зміщені відносно одна одної і мають однаковий крок витка. Таким чином, вплив перешкод розподіляється рівномірно і стає передбачуваним для передавачів.
Замість тисячі слів
Якщо піднімати всю теорію про кручену пару, сигнали, що повертаються, завади і різні електромагнітні явища, можна написати дисертацію, магістерську роботу, а може, і диплом для технічного ВНЗ. Проте, загальне розуміння роботи витої пари ми розглянули. Цього має бути достатньо, щоб будь-який користувач (особливо гуманітарій) міг прочитати статтю і вибрати хороший дріт для своєї мережі. І побудувати її так, щоб потім не довелося все переробляти.
Покрокова інструкція з вибору хорошого проводу для будинку:
- Не економити на якості. Вибирати тільки мідні дроти.
- Якщо це провід для розведення по плінтусах і стінах, то нехай це будуть одножильні пари.
- Стежити за діаметром міді: не менше AWG 24, а по-російськи — 0,51 мм.
- Вибирати дріт категорії 5e.
- Бажано, щоб оболонка була щільна, але м’яка, а пари в дроті не переміщалися під час здавлювання дроту.
- Для повноцінної мережі потрібні всі повні пари — дві під інтернет, дві під відеоспостереження, телефонію. Або всі чотири для гігабітної мережі.
- Якщо це провід для будинку, а поруч немає мікрохвильовок або GSM-підсилювачів, то можна брати звичайний UTP.
- Якщо потрібно провести інтернет вулицею — вибираємо жорстке обплетення і бажано з екранізацією. Враховуємо, що для екранованого кабелю потрібні спеціальні конектори.