Витая пара — вид кабеля связи. Представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой.
Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары (электромагнитные помехи одинаково влияют на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом. Витая пара — один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве физической среды передачи сигнала во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet, Token ring, USB. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости монтажа, является самым распространённым решением для построения проводных (кабельных) локальных сетей.
Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи разъёма 8P8C (который ошибочно называют RJ45).
Экранирование
Для защиты от электрических помех при использовании высокочастотных сигналов в кабелях категорий 6a-8 используется экранирование. Экранирование применяется как к отдельным витым парам, которые оборачиваются в алюминиевую фольгу (металлизированную алюминием полиэтиленовую ленту), так и к кабелю в целом в виде общего экрана из фольги и/или оплётки из медной проволоки. Экран также может быть соединён с неизолированным дренажным проводом, который служит для заземления и механически поддерживает экран в случае разделения на секции при излишнем изгибе или растяжении кабеля.
Согласно международному стандарту ISO/IEC 11801 приложение E, для обозначения конструкции экранированного кабеля используется комбинация из трех букв: U — неэкранированный, S — металлическая оплётка (только общий экран), F — металлизированная лента (алюминиевая фольга). Из этих букв формируется аббревиатура вида xx/xTP, обозначающая тип общего экрана и тип экрана для отдельных пар.
Распространены следующие типы конструкции экрана:
- Неэкранированный кабель (U/UTP)
- Экранирование отсутствует. Категория 6 и ниже.
- Индивидуальный экран (U/FTP)
- Экранирование фольгой каждых отдельных пар. Защищает от внешних помех и от перекрёстных помех между витыми парами.
- Общий экран (F/UTP, S/UTP, SF/UTP)
- Общий экран из фольги, оплётки, или фольги с оплёткой. Защищает от внешних электромагнитных помех.
- Индивидуальный и общий экран (F/FTP, S/FTP, SF/FTP)
- Индивидуальные экраны из фольги для каждой витой пары, плюс общий экран из фольги, оплётки, или фольги с оплёткой. Защищает от внешних помех и от перекрёстных помех между витыми парами.
Экранированные кабели категорий 5e, 6/6A и 8/8.1 чаще всего используют конструкцию F/UTP (общий экран из фольги), тогда как экранированные кабели категорий 7/7A и 8.2 используют конструкцию S/FTP (с общей металлической оплёткой и фольгой для каждой пары).[1]
| Общепринятое название | Обозначение по ISO/IEC 11801 | Общий экран | Экран для пар |
|---|---|---|---|
| UTP | U/UTP | нет | нет |
| STP, ScTP, PiMF | U/FTP | нет | фольга |
| FTP, STP, ScTP | F/UTP | фольга | нет |
| STP, ScTP | S/UTP | оплётка | нет |
| SFTP, S-FTP, STP | SF/UTP | оплётка, фольга | нет |
| FFTP | F/FTP | фольга | фольга |
| SSTP, SFTP, STP PiMF | S/FTP | оплётка | фольга |
| SSTP, SFTP | SF/FTP | оплётка, фольга | фольга |
Буквенный код перед обратной чертой обозначает тип общего экрана для всего кабеля, код после черты обозначает тип индивидуального экранирования для каждой витой пары:
- U = unshielded, без экрана
- F = foil, фольга
- S = braided screening, оплётка из проволоки (только внешний экран)
- TP = twisted pair, витая пара
- TQ = индивидуальный экран для двух витых пар (на 4 провода)
Категории кабеля
Существует несколько категорий кабеля «витая пара», которые нумеруются от 1 до 7 и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины. Категории неэкранированной витой пары описываются в стандарте EIA/TIA 568 (Американский стандарт проводки в коммерческих зданиях) и в международном стандарте ISO 11801, а также приняты ГОСТ Р 53246-2008 и ГОСТ Р 53245-2008.
| Категория | Полоса частот, МГц | Применение | Примечания |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,1 (0,4?) |
Телефонные и старые модемные линии | 1 пара, не описано в рекомендациях EIA/TIA для передачи данных (в России применяется кабель и вообще без скруток — «лапша» — у неё характеристики не хуже, но больше влияние помех). В США использовался ранее, только в «скрученном» виде. Используется только для передачи голоса или данных при помощи модема (не подходит для современных систем) |
| 2 | 1 (4?) |
Старые терминалы (такие как IBM 3270) | 2 пары проводников, старый тип кабеля, не описано в рекомендациях EIA/TIA для передачи данных, поддерживал передачу данных на скоростях до 4 Мбит/с, использовался в сетях Token ring и Arcnet (не подходит для современных систем). Сейчас иногда встречается в телефонных сетях. |
| 3 | 16 | 10BASE-T, 100BASE-T4 Ethernet | 4-парный кабель, используется при построении телефонных и локальных сетей 10BASE-T и token ring, поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с или 100 Мбит/с по технологии 100BASE-T4 на расстоянии не дальше 100 метров. В отличие от предыдущих двух, отвечает требованиям стандарта IEEE 802.3. Сейчас используется в основном для телефонных линий. |
| 4 | 20 | token ring, сейчас не используется | кабель состоит из 4‑х скрученных пар, использовался в сетях token ring, 10BASE-T, 100BASE-T4, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с по одной паре. |
| 5 | 100 | Fast Ethernet (100BASE-TX), Gigabit Ethernet (1000BASE-T) | 4-парный кабель, используется при построении локальных сетей 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T и для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4 пар. |
| 5e | 100 | Fast Ethernet (100BASE-TX), Gigabit Ethernet (1000BASE-T) | 4-парный кабель, усовершенствованная категория 5 (уточненные/улучшенные спецификации). Скорость передач данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4 пар. Кабель категории 5e является самым распространённым и используется для построения компьютерных сетей. Иногда встречается двухпарный кабель категории 5e. Преимущества данного кабеля в более низкой себестоимости и меньшей толщине. |
| 6 | 250 | 10 Gigabit Ethernet (10GBASE-T) | неэкранированный кабель (UTP) состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с на расстояние до 55 м. Добавлен в стандарт в июне 2002 года. |
| 6A | 500 | 10 Gigabit Ethernet (10GBASE-T) | состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с на расстояние до 100 метров. Добавлен в стандарт в феврале 2008 года, ISO/IEC 11801:2002 поправка 2. Кабель этой категории имеет либо общий экран (F/UTP), либо экраны вокруг каждой пары (U/FTP). |
| 7 | 600 | 10 Gigabit Ethernet (10GBASE-T) | спецификация на данный тип кабеля утверждена только международным стандартом ISO 11801, но не ANSI/TIA-568-C. Скорость передачи данных до 10 Гбит/с. Кабель этой категории имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары (F/FTP или S/FTP). |
| 7A | 1000 | 10 Gigabit Ethernet (10GBASE-T) | Международный стандарт ISO 11801, скорость передачи данных до 10 Гбит/с. Общий экран и экраны вокруг каждой пары (F/FTP или S/FTP). |
| 8/8.1 | 1600-2000 | 100 Gigabit Ethernet (40GBASE-T) | В разработке, техническая рекомендация ISO/IEC TR 11801-99-1 и международный стандарт ISO 11801 редакция 3 (для Cat. 8.1), американский стандарт ANSI/TIA-568-C.2-1 (для Cat. 8). Полностью совместим с кабелем категории 6A. Скорость передачи данных до 40 Гбит/с при использовании стандартных коннекторов 8P8C. Кабель этой категории имеет либо общий экран, либо экраны вокруг каждой пары (F/UTP или U/FTP). |
| 8.2 | 1600-2000 | 100 Gigabit Ethernet (40GBASE-T) | В разработке, международный стандарт ISO 11801 редакция 3. Полностью совместим с кабелем категории 7A. Скорость передачи данных до 40 Гбит/с при использовании стандартных коннекторов 8P8C либо GG45/ARJ45 и TERA. Кабель этой категории имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары (F/FTP или S/FTP). |
Каждая отдельно взятая витая пара, входящая в состав кабеля, предназначенного для передачи данных, должна иметь волновое сопротивление 100±15 Ом, в противном случае форма электрического сигнала будет искажена и передача данных станет невозможной. Причиной проблем с передачей данных может быть не только некачественный кабель, но также наличие «скруток» в кабеле и использование розеток более низкой категории, чем кабель.
Иногда под видом витой пары могут продавать кабели из Омеднённый алюминиевый провод (Copper-clad aluminium, CCA). Жилы такого провода сделаны из алюминия, покрытого тонким слоем меди, они являются менее стойкими к изгибу и менее долговечными. Подобные CCA-кабели не соответствуют категориям EIA/TIA 568 из-за повышенного уровня затухания сигнала; также стандарт предусматривает изготовление жил только из меди.
Схемы обжима
Существует два варианта обжима разъёма на кабеле:
- для создания прямого кабеля — для соединения порта сетевой карты с коммутатором или концентратором,
- для создания перекрёстного (использующего кроссированный MDI, англ. MDI-X) кабеля, имеющего инвертированную разводку контактов разъёма для соединения напрямую двух сетевых плат, установленных в компьютеры, а также для соединения некоторых старых моделей концентраторов или коммутаторов (uplink-порт).
Обжимается разъём 8P8C (зачастую ошибочно именуемый RJ45).
Прямой кабель (straight through cable)
Вариант по стандарту TIA/EIA-568A
 |
 |
Вариант по стандарту TIA/EIA-568B (используется чаще)
 |
 |
В случае, если нужен кабель MDI с внешним кроссированием, так называемый «прямой» кабель для подключения компьютера к концентратору или коммутатору, используются следующие схемы:
При соединении EIA/TIA-568B, AT&T 258A 1: Бело-оранжевый 2: Оранжевый 3: Бело-зелёный 4: Синий 5: Бело-синий 6: Зелёный 7: Бело-коричневый 8: Коричневый
Старые цвета витой пары: 1: синий 2: оранжевый 3: чёрный 4: красный 5: зелёный 6: жёлтый 7: коричневый 8: серый
При соединении EIA/TIA-568A 1: Бело-зеленый 2: Зелёный 3: Бело-оранжевый 4: Синий 5: Бело-синий 6: Оранжевый 7: Бело-коричневый 8: Коричневый
По одной из этих схем обжимаются разъёмы с обеих сторон.
— Ethernet Cable - Color Coding Diagram (англ.)
Перекрёстный кабель (crossover cable)
Предназначен для соединения однотипного оборудования (например, компьютер-компьютер). Однако большинство современных сетевых устройств способно автоматически определить метод обжима кабеля и подстроиться под него (Auto MDI/MDI-X), и перекрёстный кабель сегодня потерял свою актуальность.
Вариант для скорости 100 Мбит/с
|
|
|
Если нужен кабель MDI-X с внутренним кроссированием («crossover» кабель) для соединения, например, «компьютер-компьютер» (со скоростью до 100 Мбит/с), то с одной стороны кабеля применяется схема EIA/TIA-568B, с другой EIA/TIA-568А
— Ethernet Cable - Color Coding Diagram (англ.)
Вариант для скорости 1000 Мбит/с
|
|
 |
Для соединений на скоростях до 1000 Мбит/с при изготовлении «crossover» кабеля одну сторону надо обжать по стандарту EIA/TIA-568B, а вторую так:
1: Бело-зелёный 2: Зелёный 3: Бело-оранжевый 4: Бело-коричневый 5: Коричневый 6: Оранжевый 7: Синий 8: Бело-синий
— Crossover Patchkabel Gigabit (1000 BaseT) (нем.)
Устройства стандарта 1000BASE-T сами определяют верную раскладку кабеля благодаря технологии Auto-MDIX (её реализация требуется стандартом 1000BASE-T).
Консольный кабель (rollover cable)
Один конец этого кабеля обжат по обратной схеме относительно другого, как если бы вы перевернули его и посмотрели бы на него с другой стороны. Используется для настройки маршрутизатора или коммутатора с помощью компьютера. Применяется в основном в оборудовании Cisco. Как правило голубого цвета.
Схема обжима
 |
 |
Общие положения
Пара 1-2 (TDP-TDN) используется для передачи от порта MDI к порту MDI-X, пара 3-6 (RDP-RDN) используется для приёма портом MDI от порта MDI-X. Эти пары требуются всегда. Пары 4-5 и 7-8 применяются в зависимости от потребности (например, при использовании кабеля категории 3 в спецификации 100Base-T4) и обычно двунаправленные.
| № | Обозначение | Описание |
|---|---|---|
| 1 | TX+ (TXP) | Прямой сигнал передачи |
| 2 | TX- (TXN) | Инверсный сигнал передачи |
| 3 | RX+ (RXP) | Прямой сигнал приема |
| 4 | ||
| 5 | ||
| 6 | RX- (RXN) | Инверсный сигнал приема |
| 7 | ||
| 8 |
Использование кабеля, обжатого не по стандарту, может привести (в зависимости от длины кабеля) к тому, что кабель не будет работать совсем или будет очень большой процент потерь передаваемых пакетов.
Для проверки правильности обжатия кабеля, помимо визуального контроля, используют специальные устройства — кабельные тестеры. Такое устройство состоит из передатчика и приёмника. Передатчик поочерёдно подаёт сигнал на каждую из восьми жил кабеля, дублируя эту передачу зажиганием одного из восьми светодиодов, а на приёмнике, подсоединённому к другому концу линии, соответственно загорается один из восьми светодиодов. Если на передаче и на приёме светодиоды загораются подряд, значит, кабель обжат без ошибки. Более дорогие модели кабельных тестеров могут иметь встроенное переговорное устройство, индикатор обрыва с указанием расстояния до обрыва и пр.
Указанная выше схема обжима подходит как для 100-мегабитного соединения, так и для гигабитного. При использовании 100-мегабитного соединения используются только две из четырёх пар, а именно оранжевая (1-2 TDP-TDN) и зелёная (3-6 RDP-RDN) пары. Синяя и коричневая пары могут остаться незадействованными, либо могут быть использованы для передачи питания в некоторых вариантах Power over Ethernet (PoE). Для обеспечения гигабитного соединения используются все четыре пары проводников стандартного кабеля.
Также существуют ограничения на выбор схемы перекрёстного соединения пар, накладываемые стандартом PoE. При прямом соединении пар в кабеле («один к одному»), этот стандарт будет работать автоматически.
Монтаж
При резких изгибах витой пары нарушается однородность симметричной среды передачи, иногда необратимо. Регламентированный минимальный радиус изгиба неэкранированного кабеля при монтаже — 8 внешних диаметров кабеля, экранированного — 10.
При монтаже экранированной витой пары необходимо следить за целостностью экрана по всей длине кабеля. Растяжение или изгиб кабеля приводит к разрушению экрана, что ведёт к снижению устойчивости к электромагнитным помехам. Дренажный провод должен быть соединён с экраном разъёма.
