При построении сети передачи данных нужно выбрать, с помощью какого носителя будут соединены устройства в единую сеть. Существует три основных вида сетевых кабелей, каждый из которых обладает различными характеристиками, определяющими их сферу применения - витая пара, коаксиальный кабель и оптоволокно.
Витая пара
Витая пара — классический вариант кабеля связи, имеющий несколько вариантов компоновки. Кабель витая пара — это одна или несколько пар медных жил, скрученных между собой. Диаметр каждой из них около 0,5 мм, общий диаметр — до 6 мм. Жилы изготовлены из меди, изолирующая оболочка выполнена из полимерных материалов (поливинилхлорида, полипропилена).
В случае прокладки в помещениях с повышенной влажностью обычно используется полипропиленовая оболочка. Для быстрого и безопасного снятия изолирующей оболочки внутри часто располагается капроновая нить. Кроме основной функции она также предотвращает избыточное растягивание провода.
Есть несколько категорий витой пары. Для устройства компьютерных сетей, например, сети Ethernet, обычно используется стандарт Cat 5е. Он состоит из 4 витых пар, позволяющих передавать данные со скоростью до 1 Гбит/с. Витая пара стандарта Cat 8.2 способна передавать данные со скоростью до 40 Гбит/с. Старые стандарты, такие как Cat 1 и Cat 2, используются только для обустройства телефонных сетей. С помощью кабеля стандартом Cat 3 можно развернуть нетребовательную локальную сеть.
По степени защищенности витая пара бывает:
- незащищенная (без экрана), представлена форматом UTP (unshielded twisted pair);
- защищенная (экранированная). Кабель FTP 4 пары - один из наиболее популярных моделей этого сегмента.
Защищенные виды витой пары представлены форматами STP, FTP, STP PiMF и т. д. Защита витой пары обеспечивается:
- фольгированным экраном для каждой скрутки;
- общим фольгированным экраном или экранирующей оплеткой;
- комбинациями из обоих вариантов.
Экранированные кабели имеют лучшую помехозащищенность в сравнении с неэкранированными. Однако использование формата UTP также широко распространено, особенно в системах, не требующих высокой помехозащищенности. Витая пара может стыковаться со стандартными разъемами: в компьютерных сетях обычно используется универсальный коннектор RJ45.
Применение витой пары имеет следующие преимущества:
- простота монтажа и обслуживания из-за тонкости и гибкости;
- относительно низкая цена;
- множество вариантов исполнения, подходящих для разных условий эксплуатации;
- высокая помехозащищенность даже у стандарта UTP из-за попарного свивания жил.
Недостатком витой пары является низкая скорость передачи данных в сравнении с оптоволокном. Еще один минус — относительно высокая вероятность механических повреждений из-за хрупкости витой пары.
Коаксиальный кабель
Коаксиальный (соосный) кабель был изобретен и запатентован еще в XIX веке. Благодаря давности изобретения коаксиал применяется не только при развертывании компьютерных сетей. Например, он стандартно используется для передачи сигнала кабельного телевидения.
Коаксиальный кабель состоит из:
- центрального проводника — одиночного или свитого в спираль провода, изготовленного из меди или сплава меди с серебром, сталью, алюминием;
- внутреннего диэлектрического изоляционного слоя;
- внешнего проводника (экрана) из фольги, алюминиевой пленки, оплетки;
- внешней изолирующей оболочки, обычно из ПВХ или полиэтилена.
Диэлектрический слой обеспечивает соосное расположение обоих проводников, из-за чего кабель и получил свое название. Он устойчив к электромеханическим помехам и обеспечивает достаточную пропускную способность сигнала на большое расстояние.
Самыми распространенными видами коаксиального кабеля являются:
- RG59 — небольшого диаметра («тонкий»), подходит для прокладки сетей кабельного ТВ и развертывания сетей на коротких расстояниях;
- RG6 — большого диаметра («толстый»), используется для передачи цифрового видео, в системах спутникового телевидения, в компьютерной технике и т. д.
Преимущества коаксиального кабеля:
- помехозащищенность — даже сильные электромеханические помехи не снижают скорость передачи данных;
- отличные прочностные характеристики — он устойчив к воздействию механических нагрузок, обеспечивает стабильную работу в неблагоприятных атмосферных условиях;
- удобство монтажа и эксплуатации.
Из-за высокой цены коаксиал не получил такое распространение в развертывании компьютерных сетей, как витая пара. Недостатком также является низкая скорость передачи данных — всего до 10 Мбит/с, что значительно меньше, чем у конкурентов.
Оптический кабель
Оптическое волокно (оптоволокно) — разновидность кабеля, в которой данные передаются по световодам (оптическим волокнам) с помощью светового излучения. Оптоволокно может передавать данные на значительные расстояния практически без затухания сигнала. Оно обладает полной помехозащищенностью, так как для передачи сигнала не применяется электрический ток.
Из-за своего типа передачи данных оптический кабель обеспечивает и большую защищенность, так как несанкционированное подключение к оптоволокну вызывает затухание сигнала, что можно легко отследить.
Оптоволоконный кабель состоит из световодов, которые изготовлены из стекла или пластика. По конструкции он близок к коаксиальному, однако вместо медной жилы в центре располагается стеклопластиковый сердечник (несущий трос). Его основной функцией является центрирование и придание кабелю жесткости.
Внешняя изоляция выполнена из стандартных для электрокабелей материалов, обычно полиэтилена. Между центральным сердечником и внешней оболочкой расположены:
- оптические волокна (световоды), заключенные в пластиковые трубки;
- оплетка, которая уменьшает трение и дополнительно защищает световоды от влаги;
- усилительный элемент — стальная или железная броня либо кевларовые нити, придающие кабелю большую прочность и вес.
Оптоволоконные кабели бывают двух типов: одномодовые и многомодовые. Разница между ними состоит в диаметре сердечника, источнике света (лазер в одномодовом, светодиод в многомодовом), пропускной способности.
Одномодовые применяются для прокладки сетей большой протяженности, вплоть до тысяч километров. Многомодовые кабели дешевле, обычно они применяются в сетях, развертываемых на небольших расстояниях.
Скорость передачи данных с помощью оптоволокна в домашних сетях составляет до 10 Гбит/с, но фактически она ограничена лишь количеством пропускных каналов. Рекорд по скорости составляет 1 Пбит/с (1 миллион Гбит/сек). Также преимуществами оптоволокна являются:
- невосприимчивость к помехам;
- малые потери данных, невысокое затухание сигнала;
- возможность развернуть сеть на расстояние в тысячи километров благодаря усилителям;
- небольшой вес и габариты;
- невысокая цена в сравнении с медными электрокабелями аналогичной длины.
Недостатком оптоволокна является хрупкость и неустойчивость к механическому воздействию. Проблему при развертывании сети представляет сварка кабеля, а также ослабление сигнала в месте сварного шва.
Сравнение и применение кабелей
Оптоволокно, коаксиальный кабель и витая пара имеют разные сферы применения, что обусловлено их характеристиками. Несмотря на кажущуюся большую технологичность оптоволокна, его цена за одну и ту же длину меньше, чем у медных аналогов.
Коаксиальный кабель самый дорогой, витая пара по своей цене расположена между двумя конкурентами. Однако процедура развертывания волоконно-оптической сети дороже, так как для этого используются оптические трансиверы.
По дистанции, на которую может быть развернута сеть без потери сигнала, несомненным лидером является оптоволокно. Оно может без потерь передавать данные на десятки километров, а с усилителями сигнала — на тысячи. Несмотря на большую дальность передачи сигнала, оптоволокно нередко применяется и для передачи данных по компьютерной сети непосредственному потребителю, особенно в пригородных районах.
Коаксиальный кабель способен передавать сигнал на расстояние до 500 м. Однако из-за сложности установки и высокой цены он не получил широкого распространения в развертывании компьютерных сетей. Обычно он применяется в телефонии, телевидении, для передачи видео.
Самая малая дальность передачи сигнала у витой пары, однако высокая пропускная способность сделала ее популярной для развертывания сетей Ethernet. Также благодаря легкости монтажа и относительно низкой цене витая пара часто применяется для развертывания локальных, телекоммуникационных сетей, систем видеонаблюдения и безопасности, СКС.
