آشنایی با کابل زوج به هم تابیده (Twisted-Pair)

کابل زوج به هم تابیده

کابل زوج به هم تابیده (Twisted-Pair) شامل جفت سیم‌های رنگی به تابیده شده‌ای هستند که هر کدام قطر 0.4 تا 0.8 میلی‌متر دارند. تعداد سیم‌ها بستگی به نوع کابل داشته، هر دو سیم در اطراف یکدیگر تنیده شده و همه جفت‌ها در یک غلاف پلاستیکی قرار می‌گیرند. شکل زیر نمونه‌ای از یک کابل زوج به هم تابیده شده را نشان می‌دهد.

نکته: در برخی منابع اصطلاحات سیم و کابل به صورت مترادف یکدیگر استفاده می‌شوند. با این حال، دقت کنید که این دو واژه مفهومی متفاوت از یکدیگر دارند. سیم به یک یا چند رشته فلزی اطلاق شده که در بیشتر موارد از جنس فلز مس یا آلومینیوم هستند که درون یک عایق پلاستیکی قرار گرفته‌اند. کابل به چند سیم اطلاق شده که درون یک محفظه پلاستیکی بزرگ‌تر قرار گرفته‌اند. به‌طور مثال کابل برق از دو رشته سیم به نام‌های فاز و نول ساخته شده است.

کابل‌های به هم تابیده در شبکه‌های اترنت شامل چهار جفت سیم هستند. در شبکه‌های اترنت سریع (Fast Ethernet) که حداکثر سرعت 100 مگابیت در ثانیه است، یک جفت داده‌ها را ارسال می‌کند، جفت دیگر داده‌ها را دریافت می‌کند و دو جفت دیگر نقشی در انتقال داده‌ها ندارند. در شبکه‌های Gigabit Ethernet و استانداردهای بالاتر، با حداقل سرعت 1000 مگابیت در ثانیه، از هر چهار جفت برای ارسال و دریافت استفاده می‌شود. در سال 1991 سازمان TIA / EIA استانداردها و ویژگی‌های مربوط به جفت سیم‌های به تابیده را تحت عنوان استاندارد TIA / EIA 568 نهایی کرد. استاندارد TIA / EIA 568 کابل‌های شبکه را به چند دسته تقسیم می‌کند. دسته‌بندی‌هایی که اغلب مشاهده می‌کنیدCat  (3 ، 5، 5e، 6، 6a، و 7 هستند که همه آن‌ها در جدول زیر آمده‌اند. (کابل Cat 4 نیز وجود دارد، اما به ندرت استفاده می‌شود.) شبکه‌های مدرن اغلب از Cat 5e یا کابل‌های بالاتر استفاده می‌کنند تا در خصوص پیاده‌سازی شبکه‌های اترنت گیگابیتی مشکل خاصی نداشته باشند. کابل Cat5 نسبتا قدیمی بوده و از حداکثر سرعت 100 مگابیت پشتیبانی کرده، ولی عملکرد آن در شبکه‌های اترنت برابر با سرعت 10 مگابیت است. در مقابل Cat6 سرعت بالاتری داشته و به‌طور میانگین شبکه‌های اترنت 1 گیگابیتی را پشتیبانی می‌کند، با این وجود حداکثر از سرعت 10 گیگابیت پشتیبانی می‌کند.

کابل‌های cat8/8.1 و cat 8.2 با پهنای باند 40 گیگابیت در ثانیه و حداکثر سرعت 2000 مگاهرتز با پوشش بیش از 30 متر ویژه مراکز داده  ارائه شده‌اند، جایی که فاصله میان سوییچ‌ها و سرورها کوتاه است. البته این کابل‌ها با هدف کابل‌کشی در ادارات طراحی نشده است. در شکل زیر یک کابل داده Cat 5e را مشاهده می‌کنید.

کابل‌های زوج به هم تابیده به سه گروه STP (زوج به هم تابیده غلاف‌دار(روکش‌دار))، SFSTP (زوج به هم تابیده تماما غلاف‌دار)  و UTP (زوج به هم تابیده بدون روکش) ارائه شده‌اند.

STP (زوج به هم تابیده روکش‌دار)

اگر به خاطر داشته باشید در شماره قبل گفتیم که کابل STP سرنام Shielded Twisted Pair شامل سیم‌های به هم تنیده شده‌ای است که نه تنها به صورت جداگانه انعطاف‌پذیر هستند، بلکه حفاظی از یک ماده فلزی فویل مانند آن‌ها را احاطه کرده است. برخی از کابل‌های STP از یک لایه محافظ مسی استفاده می‌کنند. این لایه حفاظتی همانند دیواری در برابر امواج الکترومغناطیس خارجی کار کرده و به این شکل مانع از آن می‌شود که این امواج روی سیگنال‌های سیم اثر نامطلوب بگذارند. توجه داشته باشید که لایه حفاظتی کابل خود یک هادی بوده و اگر به شکل درستی به زمین متصل شود (ارت)، قادر است پارازیت اطراف را به جریان تبدیل کند. جریانی که در فرآیند انتقال به سیم‌های داخلی به جریان‌های مساوی و مخالفی تبدیل می‌شود که اثر یکدیگر را خنثا کرده و در نتیجه نویز به شکل ماندگار باقی نخواهد ماند. اثربخشی لایه محافظتی STP به ویژگی‌های زیر بستگی دارد:

1. • سطح و نوع پارازیت محیطی
2. • ضخامت و ماده به کار گرفته شده در لایه محافظ
3. • مکانیزم ارت شدن به زمین
4. • تقارن و سازگاری محافظ

شکل زیر یک کابل STP را نشان می‌دهد.

UTP (زوج به هم تابیده بدون روکش)

کابل UTP سرنام Unshielded Twisted Pair شامل یک یا چند جفت سیم عایق شده در یک محفظه پلاستیکی است. اما همان‌طور که از نامش بر می‌آید، UTP فاقد یک لایه محافظ اضافی برای جفت سیم‌های به هم تنیده شده است. در نتیجه، UTP کابل ارزان قیمت‌تری بوده، اما در عین حال در برابر نویزها نسبت به کابل‌های STP پایداری کمتری دارد. در نتیجه به دلیل ارزان‌قیمت بودن محبوب‌تر از کابل‌های STP است. شکل زیر سه نوع کابل UTP را نشان می‌دهد: Cat 5e با درجه PVC، کلاس  Cat 5eبا درجه پلنوم و Cat 6 با مغزی پلاستیکی و یک کابل UTP با کانکتور RJ-45 را نشان می‌دهد.

مقایسه دو مدل STP و UDP

STP و UTP ویژگی‌های مشترک چندگانه‌ای دارند، اما از برجسته‌ترین شباهت‌ها و تفاوت‌های این دو کابل به موارد زیر می‌توان اشاره کرد:

 توان عملیاتی- STP و UTP هر دو می‌توانند داده‌ها را با سرعت 10 مگابیت در ثانیه، 100 مگابیت در ثانیه، 1 گیگابیت در ثانیه و 10 گیگابیت در ثانیه، بسته به نوع سیم‌کشی و روش انتقال ارسال کنند.

 در حوزه هزینه STP و UTP تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند، بسته به درجه مس استفاده شده، کلاسی که کابل‌ها در آن قرار دارند و پیشرفت‌های انجام شده هزینه‌ها متفاوت می‌شود. به‌طور معمول، STP گران‌تر از UTP است زیرا دارای مواد بیشتری است و تقاضای کمتری برای آن وجود دارد. هزینه نصب آن نیز گران‌تر از UTP است. با این حال، کابل‌های UTP با درجه بالای کیفی نیز می‌توانند گران باشند.

کانکتور- STP و UTP از کانکتورهای ماژولار RJ-45 و جک‌های داده‌ای که شبیه جک‌ها و کانکتور تلفن‌های آنالوگ هستند استفاده می‌کنند. البته تلفن‌ها از جک RJ-11 استفاده می‌کنند. شکل زیر کانکتور RJ-45 و RG-11 را همراه با کابل‌هایی که شامل چهار جفت سیم به تنیده شده هستند را نشان می‌دهد. اکثر شبکه‌های اترنتی مبتنی بر زوج کابل‌های به هم تنیده شده از کانکتور RJ-45 استفاده می‌کنند.

• مقاومت در برابر نویز - به دلیل وجود لایه محافظتی، STP مقاوم‌تر از UTP است. از سوی دیگر، نویز در کابل UTP می‌تواند با تکنیک‌های فیلتر کردن و متعادل‌سازی کاهش یابد.
• اندازه و گسترش‌پذیری - در شبکه‌های اترنت که نرخ داده‌ها را از 1 مگابیت در ثانیه تا 10 گیگابیت در ثانیه را پشتیبانی می‌کنند، حداکثر طول سگمنت برای هر دو مدل STP و UTP  برابر با 100 متر یا 328 فوت است.

‌برای آن‌که دو گره در یک شبکه بتوانند به شکل درستی با یکدیگر ارتباط برقرار کنند به کابل‌ها و کانکتورهای درستی نیاز دارند تا ارتباط برقرار شود. شبکه‌ای که بر مبنای پایانه‌های ضعیفی استوار شده باشد با قطعی‌های مکرر، نویز زیاد یا از دست دادن داده‌ها و نمایس مکرر خطاها در یک سیگنال روبرو است. TIA / EIA دو روش مختلف برای ‌قرار دادن زوج سیم‌های به هم تابیده شده درون سوکت‌های RJ-45 ارائه کرده است. TIA / EIA 568A و TIA / EIA 568B که به نام T568A و T568B نیز شناخته می‌شوند، در عمل، تفاوت بسیار کمی با یکدیگر دارند. در زمان به‌کارگیری این استانداردها باید مطمئن شوید که از استاندارد یکسان روی هر جک RJ-45 در شبکه خود استفاده می‌کنید، اگر این موضوع مهم را رعایت کنید، داده‌ها به درستی انتقال پیدا کرده و دریافت می‌شوند. استاندارد T568B مرسوم‌تر است و احتمالا شما در شبکه‌های خانگی و کسب‌وکار خود آن‌را مشاهده کرده‌اید. با این حال، در مراکز، سازمان‌های بزرگ و ادارات بیشتر از استاندارد T568A استفاده می‌شود. شکل زیر شماره پین‌ها و وظایف ​​آن‌ها در هر دو استاندارد را نشان می‌دهد. Tx اشاره به انتقال، و Rx اشاره به دریافت دارند. وظایف هر یک از پین‌ها به گونه‌ای تعریف شده که مشکل هم‌شنوی تا حد امکان کم شود.

توضیح و نحوه عملکرد هر یک از پین‌ها به شرحی است که در جدول زیر مشاهده می‌کنید.

در شبکه‌های Fast Ethernet، تنها جفت نارنجی و سبز استفاده می‌شوند: یک جفت انتقال می‌دهد و جفت دیگر دریافت می‌کند. تفاوت بین پین‌ها در استانداردهای T568A و T568B در این است که این دو جفت (نارنجی و سبز) برعکس شده‌اند. در شبکه‌های Gigabit Ethernet، تمام چهار جفت برای انتقال و دریافت استفاده می‌شوند. به‌کارگیری موثر همه جفت‌ها باعث افزایش پهنای باند بالاتر می‌شود. متداول‌ترین نوع کابل شبکه، کابل استریت- straight (کابل مستقیم) است که کابل پچ (patch) نیز نامیده می‌شود. برای ساخت این کابل، یک کانکتور RJ-45 در دو سر انتهایی کابل به شکل یکسان و منطبق با استاندارد TIA/EIA 568 قرار می‌گیرد. کابل فوق یک کابل مستقیم است، زیرا اجازه می‌دهد سیگنال‌ها از یک طرف به طرف دیگر به شکل مستقیم منتقل شوند.

نکته: یک راه برای آزمایش یک پورت یا کابل برای اطمینان حاصل کردن از این موضوع که ارتباط به درستی برقرار شده است الصاق یک آداپتور لوپ‌‌بک به یک پورت RJ-45 یا کانکتور یک کابل است. شما می‌توانید به شکل مستقیم یک جک لوک‌بک را به یک پورت اضافه کنید و برای آزمایش یک پورت خراب و همچنین آزمایش درست بودن یک کابل (ارتباطی به بررسی عملکرد کابل ندارد) از آن استفاده کنید. شکل زیر نحوه به‌کارگیری یک آداپتور لوک‌بک را نشان می‌دهد.

استاندارد اترنت برای کابل زوج به هم تابیده

طبقه‌بندی کابل‌ها (مانند Cat 5e یا Cat 6) حداکثر سرعتی که یک  شبکه می‌تواند از آن پشتیبانی کند را تعیین می‌کند. این ویژگی لایه  1 است. کارت شبکه دستگاه نیز برای تعیین حداکثر سرعت شبکه که توسط استانداردهای مختلف اترنت تعریف شده است، استفاده می‌شود. درست است که اترنت به‌طور کلی به عنوان یک پروتکل لایه 2 شناخته شده است، اما یکسری عملکردها یا به عبارت دقیق‌تر توابع لایه 1 را دارد که فرکانس انتقال و سایر ویژگی‌های الکتریکی را تعیین می‌کند. بخشی از عملکرد این لایه، ارائه یک سیگنال بین دو گره است، زیرا آن‌ها یک زبان مشترک را برای برقراری ارتباط استفاده می‌کنند. سایر فناوری‌های نام آشنای لایه 2،  USB، Wi-Fi و همچنین مولفه‌های لایه فیزیکی هستند. اکثر شبکه‌های محلی امروزی از دستگاه‌ها و کارت‌های شبکه استفاده می‌کنند که قادر هستند از Ethernet Fast  و Gigabit Ethernet پشتیبانی کنند. هنگامی که گره‌ها برای اولین بار ارتباط برقرار می‌کنند، دستگاه‌ها از قابلیت auto-negotiate  برای دسترسی به سریع‌ترین استاندارد مشترک استفاده می‌کنند. با این حال، شبکه باید از کابل‌هایی استفاده کند که بتوانند از حداکثر سرعتی که دستگاه‌ها از آن استفاده می‌کنند پشتیبانی کنند. جدول زیر فهرستی از استانداردهای اترنت قابل پشتیبانی از سوی کابل‌های مختلف را نشان می‌دهد.

به تازگی دو استاندارد جدید زیر از سوی انجمن IEEE ارائه شده است.

2.5GBase-T-2500 Mbps به کابل Cat 5e یا بهتر از آن نیاز دارد.

5GBase-t-5000 Mbps به کابل Cat 6 یا بهتر از آن نیاز دارد.

این استانداردها یک راه‌حل میان‌بر میان Gigabit Ethernet و 10-Gigabit Ethernet ارائه می‌کنند. دقت کنید که یک شبکه می‌تواند در یک زمان از استانداردهای اترنت متنوعی پشتیبانی کند. زمانی که در شبکه خود از کابل‌های به هم تابیده مناسبی استفاده کرده باشید، این قابلیت در اختیارتان قرار دارد تا به‌طور مداوم یک شبکه، یک دستگاه یا کارت شبکه را ارتقا دهید. سریع‌ترین استاندارد اترنت 10GBase-T است که نرخ انتقال قابل توجهی را روی کابل‌های به هم تابیده ارائه می‌کند که تقریبا قابل قیاس با کابل‌کشی فیبر نوری بوده، اما ارزان‌تر از فیبر-نوری است. با این حال، همانند دیگر استانداردهای اترنت زوج به هم تابیده، حداکثر طول 1GBase-T برابر با 100 متر است. این محدودیت به این معنا است که 10GBase-T برای شبکه‌های WAN که دارای فواصل طولی زیاد هستند مناسب نیست، اما به راحتی اجازه می‌دهد تا هر دسکتاپ متصل به یک شبکه محلی از سرویس‌های همگرا مثل ویدئو و صدا استفاده کند. اکنون که درباره قابلیت‌های سیم‌های مسی برای ارسال سیگنال‌ها مطالبی یاد گرفته‌اید، زمان آن فرا رسیده است تا درباره قابلیت‌های کابل فیبرنوری و نحوه ارسال سیگنال‌ها بر مبنای نور اطلاعاتی به دست آوریم.