Лінії зв'язку, конектори, мережеве обладнання та їх монтаж

Автор:

Кабельні лінії зв'язку  

Вита пара
Вита пара
     Витою парою називається скручена пара проводів. Кабель може складатися з декількох скручених пар (зовнішні кабелі іноді містять до декількох десятків таких пар).
    Скручування проводів знижує вплив зовнішніх і взаємних перешкод на корисні сигнали, що передаються по кабелю.

    Дані кабелі можуть бути екранованими або неекранованими. При маркуванні кабелів використовують такі позначення:
  • TP (Twisted Pair) - тип скручування, вита пара;
  • U (Unshielded) - захисний екран відсутній;
  • F (Foiled) - в якості екрану використовується фольга;
  • S (Shielded) - в якості екрану використовується дротяне обплетення;
    За стандартом ISO / IEC 11801 для маркування кабелів використовується комбінація цих позначень записаних в певному порядку XX / YZZ. Де "XX" позначає загальний екран кабелю, "Y" позначає екран кожної пари, а "ZZ" маркує тип скручування проводів.
     Але на практиці виникає плутанина через те, що виробники часто маркують кабелі лише трьома буквами. Тому розглянемо маркування виробників і відповідне їм маркування за стандартом.
UTP - U / UTP - Екранування відсутнє.
STP, ScTP - U / FTP - Кожна пара має екран з фольги.
FTP, STP, ScTP - F / UTP - Загальний екран з фольги.
STP, ScTP - S / UTP - Використовується загальний екран з дротяного обплетення.
SFTP, SFTP, STP - SF / UTP - Як загальний екран використовується фольга або обплетення.
FFTP - F / FTP - Кожна пара має екран з фольги і всі пари додатково поміщені в загальний екран з фольги.
SSTP, SFTP, STP - S / FTP - Кожна пара має екран з фольги і всі пари додатково поміщені в екран з дротяного обплетення.
Декілька різновидів витої пари з екрануванням та без

     Кабелі на основі витої пари поділяються в міжнародних стандартах на категорії від 1 до 7. Їх головна відмінність - смуга пропускання кабелю, яка є визначальним фактором в швидкості передачі інформації і можливості використовувати спеціальні технології мереж. Кабелі категорій 1-4 сьогодні практично не застосовуються. Кабелі категорії 5 були спеціально розроблені для підтримки високошвидкісних протоколів. Їх характеристики визначаються в діапазоні до 100 МГц. Існує поліпшена версія категорії 5е (5 enhanced), яка була розроблена спеціально для більш якісної підтримки протоколу Gigabit Ethernet, в основному за рахунок більш жорстких обмежень на перехресні наведення. Поява технологи 10G Ethernet призвело до стандартизації більш якісних кабелів категорій 6, 6а і 7, 7а. Для кабелю категорії 6 характеристики визначаються до частоти 250 МГц, категорії 6а - до 500 МГц, для кабелів категорії 7 - до 600 МГц, а для 7а - 700 - 1200 МГц.
    Як матеріал провідників застосовується мідь, обміднена сталь (маркування CCS) і обміднений алюміній (маркування CCA). Обміднені сталь та алюміній зустрічаються в кабелях категорії 5 і нижче, в кабелях категорії 6 і 7 застосовується виключно мідний провідник.
     В основному кабелі витої пари у комп'ютерних мережах незалежно від їх категорії мають чотири пари провідників. Кожна з чотирьох пар кабелю має певний колір і ступінь скручування.

Коаксіальний кабель
Коаксіальний кабель
     Коаксіальний кабель складається з несиметричних пар провідників. Кожна пара являє собою внутрішню мідну жилу і зовнішню жилу, яка може бути порожнистою мідною трубкою або обплетенням, відокремлену від внутрішньої жили діелектричною ізоляцією. Зовнішня жила грає двояку роль - по ній передаються інформаційні сигнали і вона є екраном, що захищає внутрішню жилу від зовнішніх електромагнітних полів. Розрізняють такі види коаксіальних кабелів:
  • «Товстий» коаксіальний кабель розроблений для мереж Ethernet 10Base-5 з хвильовим опором 50 Ом і зовнішнім діаметром близько 12 мм. Цей кабель має досить товстий внутрішній провідник діаметром 2,17 мм, який забезпечує хороші механічні та електричні характеристики (загасання на частоті 10 МГц - не гірше 18 дБ / км). Однак цей кабель складно монтувати - він погано гнеться.
  •  «Тонкий» коаксіальний кабель призначений для мереж Ethernet 10Base-2. Володіючи зовнішнім діаметром близько 50 мм і тонким внутрішнім провідником 0,89 мм, цей кабель не такий міцний, як «товстий» коаксіальний, проте має набагато більшу гнучкість, що зручно при монтажі. «Тонкий» коаксіальний кабель також має хвильовий опір 50 Ом, але його механічні та електричні характеристики гірше, ніж у «товстого» коаксіального кабелю. Загасання в цьому типі кабелю вище, ніж в «товстому» коаксіальному кабелі, що призводить до необхідності зменшувати довжину кабелю для отримання однакового загасання в сегменті.
  • Телевізійний кабель з хвильовим опором 75 Ом широко застосовується в кабельному телебаченні. Існують стандарти локальних мереж, що дозволяють використовувати такий кабель для передачі даних.
  • Твінаксіальний кабель по конструкції схожий на коаксіальний кабель, але відрізняється наявністю двох внутрішніх провідників. Такий кабель застосовується в стандартах 10G і 100G Ethernet для передачі даних на невеликі відстані, розпаралелювання потоків даних між двома провідниками спрощує досягнення високої сумарної швидкості.
Оптоволоконний кабель

     Волоконно-оптичний кабель складається з тонких (5-60 мікрон) гнучких скляних волокон, по яких поширюються світлові сигнали. Це найбільш якісний тип кабелю - він забезпечує передачу даних з дуже високою швидкістю (до 100 Гбіт / с і вище) на великі відстані (80-100 км без проміжного посилення), до того ж він краще за інших типів передавального середовища забезпечує захист даних від зовнішніх перешкод.
Оптоволоконний кабель
     Кожен світловод складається з центрального провідника світла (серцевини) - скляного волокна, і скляної оболонки, яка володіє меншим показником заломлення, ніж серцевина. Поширюючись по серцевині, промені світла не виходять за її межі, відбиваючись від шару оболонки, так як вона має більш низький коефіцієнт заломлення. Залежно від розподілу показника заломлення і величини діаметра сердечника розрізняють:
  • багатомодове волокно зі східчастою зміною показника заломлення;
  • багатомодове волокно з плавною зміною показника заломлення;
  • одномодове волокно.
    В одномодовому кабелі (Single Mode Fiber, SMF) використовується центральний провідник дуже малого діаметру - від 5 до 10 мкм. При цьому практично всі промені світла поширюються уздовж оптичної осі світловода, не відбиваючись від зовнішнього провідника. Виготовлення надтонких якісних волокон для одномодового кабелю являє собою складний технологічний процес, що робить одномодовий кабель досить дорогим. Крім того, в волокно такого маленького діаметра досить складно направити пучок світла, не втративши при цьому значну частину його енергії. Одномодовий кабель має дуже низьке загасання.
     У багатомодових кабелях (Multi Mode Fiber, MMF) використовуються більш широкі внутрішні сердечники, які легше виготовити технологічно. У багатомодових кабелях у внутрішньому провіднику одночасно існує кілька світлових променів, що відбиваються від зовнішнього провідника під різними кутами. Кут відображення променя називається модою променя. У багатомодових кабелях з плавною зміною коефіцієнта заломлення режим відображення променів має складний характер. Інтерференція, що виникає при цьому, погіршує якість сигналу, що передається, що призводить до викривлення переданих імпульсів. З цієї причини технічні характеристики багатомодових кабелів гірше, ніж одномодових.
     З огляду на це, багатомодові кабелі застосовують в основному для передачі даних на швидкостях не більше 10 Гбіт / с на невеликі відстані (до 300 - 2000 м), а одномодові - для передачі даних з надвисокими швидкостями до сотень гігабіт в секунду (а при використанні технології DWDM - до декількох Терабіт в секунду) на відстані до декількох десятків і навіть сотень кілометрів (далекий зв'язок).

Конектори

     Коннектором називають ділянку кабельного роз'єму, за допомогою якого здійснюється підключення провідників. Конектор забезпечує два види контакту: перший - нероз'ємний, призначений для з'єднання провідників кабелю в роз'ємі, другий - роз'ємний, служить для з'єднання кабелів між собою. Коннектори монтуються обтискним способом на кінцях патч-кордів.

Конектори типу RJ
     В якості конекторів кабелю вита пара використовують стандарти RJ. Існують стандарти RJ 9, RJ 11, RJ 14, RJ 21, RJ 12, RJ 45S, RJ 45, RJ 50. Найбільш популярними типами конекторів є RJ 11, RJ 12, і RJ 45. 
     Корпус RJ - конектора, як правило, складається з прозорого пластика, усередині якого кілька ножів-контактів, покритих золотим напиленням. У комп'ютерних мережах (4-жильна кручена пара) використовується стандартний коннектор RJ-45, що має маркування «8p8c» (8 Position, 8 Contacts). Контакти коннектора RJ-45 розрізняються залежно від виду кабелю, з яким вони застосовуються (одножильний або багатожильний), але існують і універсальні конектори. У системах телефонії зазвичай використовуються конектори типів RJ-11 або RJ-12, оскільки число жил телефонного кабелю не перевищує 6-ти.
      Коаксіальні конектори - це пристрої, які застосовуються для з'єднання коаксіальних кабелів з устаткуванням або між собою. 
Кожному типу коаксіального кабелю (абонентський, дистрибутивний і магістральний) відповідає цілий набір роз'ємів. Їх класифікуються як за типом з'єднання, так і за функціональним призначенням.
Найвідомішими конекторами є BNC, SMB, F, SMA, SMC, TNC, FME.
Всі сучасні коаксіальні роз'єми з'єднуються з кабелем тільки за рахунок механічного контакту. 



     Оптоволоконні конектори. Ці коннектори призначені для окінцювання оптичного кабелю діаметром 1,8, 2 і 3 мм, а також оптичного волокна в буферному покритті діаметром 0,9 мм. Розрізняють багатомодові (ММ), одномодові (SM) і одномодові зі скошеним торцем (APC) коннектори. Як правило, дані коннектори комплектуються хвостовиками різного кольору. Найпопулярнішими є конектори типу FC, LC, SC, ST.
     FC - cтарий стандарт, що зарекомендував себе. Конектори типу FC призначені в основному для застосування в одномодових лініях далекого зв'язку, спеціалізованих системах і мережах кабельного телебачення. Відмінна якість з'єднання, підпружинене з'єднання, за рахунок чого досягається "вдавлення" і щільний контакт; металевий ковпачок - міцний захист; конектор вкручується в розетку, а значить, не може вискочити, навіть якщо випадково смикнути; ворушіння кабелю не впливає на з'єднання. Однак погано підходить для щільного розташування роз'ємів - необхідний простір для вкручування / викручування. 
     SC - більш дешевий і зручний, але менш надійний аналог FC.  Коннектори SC рекомендуються для багатомодових і одномодових застосувань. Легко з'єднується (засувка), роз'єми можуть розташовуватися щільно. Однак пластикова оболонка може зламатися, та й на загасання сигналу і зворотні відображення впливають навіть дотики до конектора. 
     LC - зменшений аналог SC. За рахунок малого розміру застосовується для кросових сполук в офісах, серверних і т.п. - всередині приміщень, там де потрібна висока щільність розташування роз'ємів.
     ST широко використовуються в оптичних підсистемах локальних мереж. Коннектори ST прості і надійні в експлуатації, легко встановлюються, відносно недорогі. Однак простота конструкції має і негативні сторони: ці коннектори чутливі до різких зусиль, прикладених до кабелю, а також до значних вібраційних і ударних навантажень, адже наконечник являє собою єдиний вузол з корпусом і хвостовиком. Цей недолік обмежує застосування подібного типу конекторів на рухомих об'єктах. 


 

Способи монтажу конекторів

     Монтаж RJ - 45. Спочатку варто зняти верхню ізоляцію з кабелю типу вита пара. Потім треба розплести виту пару та вирівняти проводи за певною схемою.
Існує два види схем обжиму: пряма і кросова(перехресна). Пряма схема використовується для підключення PC - Switch , Switch - Router і Router - PC (пристроїв різних типів). Створити пряму схему можна по одному з двох стандартів: T568B і T568A. 
Типи обжимів
     Друга схема для підключення PC - PC, Switch - Switch, Router - Router (однотипних пристроїв). Для цього на різних кінціях патч-корду мають бути різні стандарти: T568B і T568A.
Типи кросових обжимів
     Варто сказати, що багато сучасних цифрових пристроїв автоматично визначають тип кабелю (прямий чи перехресний) і разом прекрасно працюють на будь-якому з них.
Після вирівнювання проводів за обраною схемою варто вставити в торець конектора кабель так, щоб всі жили до упору сіли в свої напрямні канали. Зробити це потрібно так, щоб зовнішня ізоляція кабелю потрапила під планку затиску конектора. Наступним кроком буде обжимка даного кабелю кримпером.
Кримпер - інструмент для обробки та обжиму витої пари
     Монтаж розетки RJ - 45. Для початку треба визначитись зі схемою підключення. Потім очищаємо кабель від зовнішньої ізоляції, розплетаємо пари проводів. Далі провідники по черзі заводяться в гребінку розетки RJ-45, заправляються бічною площиною леза викрутки і потім торцем леза всовуються до упору, відповідно до обраного варіанту підключення. На друкованій платі має бути наклеєна табличка, на якій промальовані в кольорах варіанти Т568В і Т568А оброблення провідників витої пари в гребінки розетки RJ-45. 
Розетка RJ - 45
     Монтаж коаксіальних конекторів. В меражах часто використовують конектори з BNC-роз'ємами. Для монтажу конектора варто спочатку підготувати кабель. Видаляємо верхній шар ізоляції  на 1,5 см з кабелю. Розплутуємо проводи, вирівнюємо і відгинаємо їх назад до ізоляції. Екран з фольги видаляємо рівним краєм до дротів. Видаляємо внутрішню ізоляцію відступивши від краю кабелю на 1 см. 
Обробка коаксіального кабелю та підключення F-конектору
Розрізняють три види BNC-конекторів :
  • обтискові конектори. Основна його функція - забезпечення надійного контакту і легкість обтиску. Недолік - одноразовость: при обриві проводу потрібен новий коннектор, так як використовувати старий неможливо в силу отриманих при обтиску деформацій. Для обтиску такого типу коннекторів використовують спеціальний обжимний інструмент. При деякій вправності можна застосовувати і звичайні плоскогубці.
  • накручувальні конектори - забезпечують простоту монтажу, так як для цього не потрібні додаткові інструменти. Однак вони дуже чутливі до натягнення кабелю, через що порушується контакт.
  • конектори під пайку - колись часто використовулися, сьогодні зустрічаються рідко. Основна причина - складно знайти в продажу. Ще один недолік - складність монтажу таких конекторів. Порушення контакту при поганому припаюванні призводить до постійних збоїв мережі і до труднощів локалізації місця зникнення контакту.
     Обтискові конектори більш зручні, тому для створення мережі рекомендується використовувати саме їх. На попередньо підготовлений кабель одягають металеву трубочку (вона в подальшому послужить для остаточного обтиску корпусу коннектора). На кінчик внутрішнього провідника одягають латунний сердечник коннектора. Обов'язково простежують, щоб він покривав весь оголений провідник, аж до пластикового діелектрика. Тепер потрібно обжати латунний стрижень, скориставшись відповідним поглибленням в обтискному інструменті.

     Монтаж оптоволоконних конекторів. Існує два принципово різних способи з'єднання конектора з волокном кабелю. Перший спосіб полягає в тому, що до світловоду магістрального кабелю приварюють «пігтейл» (pig-tail), який представляє собою відрізок оптичного волокна з встановленим в заводських умовах конектором. Для цього виду робіт використовується спеціальний зварювальний апарат. З'єднання, отримані таким способом, відрізняються найкращими технічними параметрами. Іншим способом підключення «пігтейлів» до волокон кабелю є підключення за допомогою механічних нероз'ємних з'єднувачів (splice). 
    Принципово іншим способом є безпосередня установка коннектора на вільне волокно діаметром 125 мкм з первинним покриттям. Технологія установки конекторів полягає в наступному. Спочатку знімається верхній захисний шар волокна. Потім волокно вводиться в конектор і фіксується в ньому. З'єднання оптичного волокна відбувається безпосередньо на торці наконечника коннектора з подальшим його шліфуванням. 
 З усього різноманіття технологій безпосередньої установки конекторів на волокно можна виділити чотири, які принципово відрізняються один від одного.
     Epoxy Crimp Polish - найбільш поширена і найнадійніша технологія. Саме за цією технологією в заводських умовах виготовляються кросові кабелі і «пігтейли». Її особливість полягає в тому, що волокно, яке вводиться в конектор, фіксується за допомогою епоксидних смол. Причому фіксація волокна проводиться не тільки в наконечнику, але також і всередині коннектора поверх волокна в захисному покритті діаметром 250 або 900 мкм. 
     Технологія Hot Melt розроблена фірмою 3M. Тут волокно вводиться в отвір наконечника конектора, заповненого спеціальним клейовим складом - компаундом. Потім наконечник нагрівається, клей твердне, забезпечуючи фіксацію волокна. Після цього повторюються всі ті операції, що і в технології Epoxy Crimp Polish. Коннектори даного типу дорожчі, але їх можна використовувати багаторазово. Однак не встановлені до певного часу коннектори можуть прийти в непридатність, так як клей втрачає свої властивості. 
    Технологія Light Crimp розроблена фірмою AMP і полягає у введенні волокна в отвір наконечника і його механічної фіксації в конекторі. Це дуже швидка і «чиста» технологія. Вона не вимагає застосування смол і інших клейових з'єднань, а також нагрівальних приладів. До її недоліків можна віднести той факт, що фіксація волокна здійснюється всередині конектора тільки до наконечника, внаслідок чого волокно має невеликий люфт. Тому відполірувати торець наконечника коннектора без подряпин практично неможливо. Самі коннектори відрізняються високою вартістю при порівняно низькій вартості відповідного набору інструментів і витратних матеріалів до нього.
     Відносно недавно з'явилася технологія монтажу конектора з передвстановленим волокном. Суть її полягає в тому, що в наконечнику конектора вже встановлений відрізок світловода довжиною кілька міліметрів. Торець наконечника при цьому відполірований в заводських умовах. Місце з'єднання волокна, яке вводиться в коннектор, і відрізка волокна, який там уже був попередньо встановлений, заповнене спеціальним гелем з показником заломлення, близьким до показника заломлення світловода. Це зменшує розсіювання світлового променя, покращуючи, таким чином, показники волоконно-оптичного з'єднання.

Монтаж мережевого обладнання

      Спеціалізоване мережеве обладнання (сервери, концентратори, комутатори і маршрутизатори) повинне знаходитись за закритими дверима, тому що відкритий доступ до серверів та обладнання зв'язку повинен бути заборонений.Тому при створенні корпоративної мережі варто передбачити апаратні стійки для мережевого обладнання. 
В апаратних стійках монтується наступне обладнання.
  • Патч-панелі - панелі з безліччю сполучних роз'ємів, розташованих на лицьовій стороні панелі. На тильній стороні панелі знаходяться контакти, призначені для фіксованого з'єднання з кабелями, і сполучені з роз'ємами електрично. 
Патч-панель
  • Комутатори, концентратори, маршрутизатори.
  • Джгути кабелів.
  • Комутаційні кабелі - кабелі, що з'єднують розподільну панель з комутатором або концентратором. 
     Також для зручності комутації і подальшого адміністрування рекомендується використовувати тримачі для кабелю - горизонтальні і вертикальні організатори. 

     Концентратори, комутатори та маршрутизатори у стійці кріпляться за допомогою кронштейнів. Монтажні кронштейни мають різноманітний вигляд, як правило, унікальні для пристрою, до якого вони йдуть в комплекті. Кронштейни зазвичай кріпляться з обох сторін пристрою, щоб забезпечити кріплення пристрою болтами в стійку.
     Установка і підключення комутатора не викликає абсолютно ніяких труднощів. Коли блок живлення пристрою підключений до мережі змінної напруги, воно готове до роботи. Концентратор здатний відразу ж почати роботу без попереднього налаштування. При використанні комутатора, потрібно спершу налаштувати його. Як мінімум, бажано встановити йому статичний IP-адресу, щоб можна було в подальшому віддалено управляти пристроєм.
     Принцип приєднання маршрутизатора дуже простий. Як правило, даний пристрій має кілька портів, до яких підключають точки доступу, концентратори або комутатори, що відповідають за роботу окремих гілок мережі або груп комп'ютерів. Як і комутатор, і точка доступу, маршрутизатор також піддається програмуванню.
     Кабель слід підключати до концентратора або комутатора з таким розрахунком, щоб можна було легко відключити або підключити потрібний з них. Тому якщо є така можливість, то краще підключати кабелі через одне гніздо.

Монтаж патч-панелі
    Для монтажу патч-панелі необхідно підготувати інструменти та матеріали для монтажу - пристрій для зачистки витої пари, ударний інструмент для закладення в крос, кусачки, стяжки і елементи маркування. Далі знімають верхню оболонку. Жили обрізаного кабелю заводять на контакти патч-панелі відповідно до кольорового маркуванням портів і обраного стандартом Т568А або Т568В. Знімати ізоляцію жил не потрібно, також важливо зберігати цілісність звиття пар. За допомогою ударного інструменту для закладення забиваємо жили в контактний модуль. При цьому ніж модуля прорізає ізоляцію і врізається в контакт жили, забезпечуючи надійний контакт. Варто не забути закріпити кабелі за допомогою стяжок, тим самим забезпечивши надійну фіксацію і захист від натягу і перегинів. Після монтажу всіх кабелів необхідно їх акуратно згрупувати і закріпити пластиковими стяжками і встановити патч-панель в стійку або шафу.

     До запобіжних заходів при монтажі та організації кабельних потоків відноситься запобігання різних механічних напружень в кабелі, що викликаються натягом, різкими вигинами і надмірним стягуванням пучків кабелів.
     При монтажі кабелів в трасах і телекомунікаційних приміщеннях слід використовувати засоби маршрутизації кабельних потоків, їх кріплення і фіксації.
     Кабельні хомути (стяжки, бандаж і т. П.), Які використовуються для формування кабельних пучків, повинні розташовуватися на пучку так, щоб хомут міг вільно переміщатися в поздовжньому і поперечному напрямках. Не допускається затягування хомутів, що приводить до деформації оболонки кабелів.
      Не допускається кріплення телекомунікаційних кабелів за допомогою скоб.


Приклади мережевих рішень









 Ресурси:
Олифер В., Олифер Н. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 5-е изд. — СПб.: Питер, 2016. — 992 с.
http://moodle.ipo.kpi.ua/moodle/mod/resource/view.php?id=5868
http://www.vadzhra.ru/version_twisted_utp_vapors_types_of_a_cable_applied_in_networks.html
http://www.it-ping.ru/stati/vitaya-para
http://www.tktdf.ru/poleznaya_informatsiya/connektory
https://ru.wikipedia.org/wiki/Registered_Jack
https://www.aurabi.ru/nets/equipment
http://www.avs-el.ru/blogs/blog/standarty-razemov-rj-i-ih-tipy
https://lantorg.com/article/montazh-vols-opticheskie-razemy
http://help-wifi.com/poleznoe-i-interesnoe/kak-obzhat-vituyu-paru-v-rj-45-setevoj-kabel-svoimi-rukami/
https://hobbyits.com/interfejsy-podklyucheniya/kak-obzhat-setevoj-kabel-lan-svoimi-rukami.html
http://ydoma.info/kompjuter-podkljuchenie-vitoi-pary-k-rozetke-rj-45.html
http://www.sib.com.ua/arhiv_2002/statia_6_2_2002/6_2_2002.htm
https://sysadminblog.ru/hard/2011/02/17/montazh-setevyh-ustroystv-i-serverov-v-19-dyuymovuyu-stoyku.html