آشنایی با انواع مختلف کابل‌های شبکه و استانداردها

تاریخ انتشار: ۵ آذر ۱۳۹۸

در مقاله پیش‌رو به صورت جامع به معرفی انواع کابل‌های شبکه (کابل مسی، کابل کواکسیال، STP ، UTP، کابل کراس‌اور، کابل Rollover، فیبر نوری و…) ، انواع استانداردهای کابل‌های شبکه و مقایسه کابل‌ها و استاندارد‌های مختلف پرداختیم. با مطالعه این مطلب اطلاعات کاملی درباره انواع کابل‌های شبکه و استانداردهای آن‌ها بدست می‌آورید.

آشنایی با انواع مختلف کابل‌های شبکه و استانداردها

میراثی از گذشته: کابل کواکسیال

کابل کواکسیال که به اختصار coax نامیده می‌شود، پایه و اساس شبکه‌های اترنت در دهه 80 میلادی بود. برخی از منابع به این نکته اشاره دارند که یک شبکه مبتنی بر کابل‌های کواکسیال را هیچ‌گاه مشاهده نخواهید کرد، زیرا این کابل‌ها با زوج کابل‌های به هم تابیده شده و فیبر جایگزین شده‌اند، با این حال، هنوز هم شکل خاصی از این کابل‌ها در ارتباط با تلویزیون کابلی استفاده می‌شود.

کابل کواکسیال دارای یک هسته/مغزی مرکزی فلزی (اغلب مس) است که توسط یک عایق، یک محافظ فلزی بافته شده و یک پوشش بیرونی که غلاف را احاطه کرده ساخته شده است. مغزی می‌تواند یک سیم فلزی جامد یا چند رشته نازکی از سیم فلزی باشد که سیگنال الکترومغناطیسی را انتقال می‌دهد. محافظ از سیگنال در برابر نویز محافظت کرده و نقش ارت به زمین را برای سیگنال بازی می‌کند.

عایق پلاستیکی می‌تواند PVC (پلی وینیل کلراید) یا تفلون باشد. عایقی که هسته را از محافظ فلزی جدا می‌کند، زیرا اتصال این دو با یکدیگر باعث به وجود آمدن اتصال کوتاه می‌شود. غلاف از کابل در برابر آسیب‌های  فیزیکی محافظت می‌کند و می‌تواند PVC یا پلاستیک مقاوم در برابر آتش باشد. شکل زیر نمایی از یک کابل کواکسیکال را نشان می‌دهد که از مغزی یا هسته مرکزی، عایق دی، محافظ فلزی و روکش پلاستیکی ساخته شده است.

کابل‌های کواکسیال صدها ویژگی مختلف دارند که همه آن‌ها یک شماره RG (راهنمای رادیویی) مختص به خود دارند. هر کابلی برای کار خاصی استفاده می‌شود. کابل‌های نوع RG-59 و RG-6  از کابل‌های مطرح کواکسیکال هستند. کابل RG-59 از مغزی مفتولی ساخته شده است. کابل‌هایی که شعاع خمیدگی و استحکام بیشتری دارند. امپدانس یا همان مقاومت این کابل‌ها 75 اهم بوده و بیشتر برای ارسال سیگنال‌های ویدیویی و RF کم توان استفاده می‌شوند.

به‌طور مثال، زمانی که قرار است سیگنال‌های ویدیویی از یک دریافت‌کننده مرکزی برای مانتیور‌های مختلفی که درون یک ساختمان قرار دارند توزیع شود از این کابل‌ها استفاده می‌شود. این کابل‌ها نسبت به RG-6 قیمت کمتری دارند. کابل‌های RG6 که عمدتا در مراکز مسکونی و تجاری استفاده می‌شوند دارای مقاومت 75 اهم هستند و کاربردهای مختلفی دارند. این کابل‌ها بیشتر برای سرویس‌های اینترنت کابلی broadband و تلویزیون‌های کابلی به ویژه زمانی که فاصله طولانی است استفاده می‌شوند. کابل‌های RG59 نسبت به کابل‌های RG6 در فواصل مشخص 50 درصد افت سیگنال بیشتری دارند که هرچه طول کابل افزایش پیدا می‌کند این مشکل حادتر می‌شود.

انتهای این دو نوع کابل کواکسیال یکی از دو رابط F-connector یا BNC connector قرار دارد. کانکتور-F یک رابط/کانکتور کواکسیال RF است که عمدتا در ارتباط با تلویزیون کابلی، ماهواره‌ها، مودم‌های کابلی و عمدتا با کابل‌های RG-6/U استفاده می‌شوند. این رابط به کابل کواکسیال متصل شده، جایی که پین در مرکز کانکتور قرار می‌گیرد. از این رو، رابط‌های F به کابلی با مغزی فلز جامد نیاز دارند. شکل زیر نمونه‌ای از کانکتور F را نشان می‌دهد. این کاکنتورها عمدتا با کابل‌های RG-6 استفاده می‌شوند.

اسکلت یا به عبارت دقیق‌تر ساختار کانکتور/رابط BNC به گونه‌ای طراحی شده است که سریع متصل و به راحتی باز شده و در یکدیگر قفل می‌شوند. رابط BNC با کابل‌های کواکسیال در رادیو، تلویزیون، تجهیزات الکترونیکی رادیویی، دوربین‌های مداربسته و…. استفاده می‌شود. دقت کنید در برخی از شبکه‌های اولیه نیز از این کابل‌ها استفاده می‌شد. این کانکتورها عمدتا با کابل‌های کواکسیال RG-59 استفاده شده و کمتر با کابل‌های RG-6 استفاده می‌شوند. بر عکس کانکتتورهای F در کابل‌های BNC اتصال دهنده نری به یک کابل نصب شده و مادگی روی پانل تجهیزات قرار گرفته است. با این وجود در حال حاضر رابط‌های F-connectors بیشتر رایج هستند.

نکته امتحانی: آزمون نتورک‌پلاس از شما انتظار دارد درباره کابل‌های RG-59 و RG-6، F-connectors و BNC connectors اطلاعات کافی داشته باشید. پیشنهاد می‌کنم در زمان فراغت این مباحث را بیشتر مطالعه کنید.

اکنون که تا حدودی با کابل‌های کواکسیال آشنا شدید، وقت آن رسیده است تا خود را برای آشنا شدن با یکی از کابل‌های معروف دنیای شبکه کابل زوج به تابیده آشنا کنید.

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.

استاندارد

پهنای باند

حداکثر سرعت

توضیح

Cat 3

 16 مگاهرتز

10 مگابیت در ثانیه

در شبکه‌های توکن رینگ 4 مگابیتی یا اترنت 10 مگابیتی استفاده می‌شد. در شبکه‌های مدرن امروزی به ندرت استفاده می‌شود.

Cat 5

 100 مگاهرتز

 100 مگابیت در ثانیه

حداقل استاندارد مورد نیاز برای Fast Ethernet

Cat 5e

 350 مگاهرتز

1000 مگابیت در ثانیه (1 Gbps)

نسخه ارتقا یافته‌تر Cat 5 که حاوی مس با کیفیت بالا است، دارای نسبت پیچشی بالاتری است و از روش‌های پیشرفته‌تری برای حل مشکل هم‌شنوی  استفاده می‌کند.

Cat 6

 250 مگاهرتز

1000 مگابیت در ثانیه – (10 Gbps)

شامل یک مغزی پلاستیکی برای جلوگیری از تداخل (هم‌شنوی) بین جفت سیم‌های به هم تابیده در کابل است.

Cat 6a

 500 مگاهرتز

10000 مگابیت در ثانیه- (10 Gbps)

مشکل هم‌شنوی و میرایش را کمتر کرده، پهنای باند ارسال داده را دو برابر کرده، داده‌ها را با سرعت و اطمینان بیشتری در فاصله بیشتری انتقال می‌دهد. سازگاری با کابل‌های Cat 5، Cat 5e و Cat 6 بدین معناست که می‌توان سیم‌کشی سطوح پایین را بدون نیاز به تغییر تجهیزات یا کانکتور جایگزین کند.

Cat 7

 600 مگاهرتز

10000 مگابیت در ثانیه- (10 Gbps)

این گروه از فرکانس‌های بالاتر پشتیبانی می‌کند، زیرا هر جفت سیم با حفاظ‌های الکتریکی مخصوص به خود پوشیده شده و سپس در یک حفاظ اضافی زیر غلاف بسته‌بندی شده است. این کابل به کانکتورهای پیچیده‌تر نیاز دارد. شما می‌توانید از کانکتور GG45 که سازگار با RJ-45 یا کانتکتور TERA استفاده کنید. این کابل بزرگ‌تر بوده، انعطاف‌پذیری کمتری نسبت به اسلاف خود داشته و خیلی رایج نیست.

Cat7a

1000-1200 MHz

40–100 Gbps

در حال حاضر جدیدترین استاندار کابل‌کشی است که در سال 2010 ISO/IEC آن‌را به تصویب رسانده است. از ویژگی‌های این کابل به عملکرد فیزیکی بالا، ایده‌آل برای مراکز داده و مناسب برای استفاده در شبکه‌هایی پر سرعت است.

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:

  • سطح و نوع پارازیت محیطی
  • ضخامت و ماده به کار گرفته شده در لایه محافظ
  • مکانیزم ارت شدن به زمین
  • 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.

میراثی از گذشته: کابل کراس‌اور (Crossover)

در دستگاه‌های قدیمی شبکه که از اترنت گیگابیتی پشتیبانی نمی‌کردند، هر سیم فقط می‌توانست برای انتقال یا دریافت و نه هر دو عمل استفاده شود. یک کابل مستقیم همیشه برای اتصال دو دستگاه مختلف، به‌طور مثال، اتصال یک کامپیوتر شخصی برای انتقال داده‌ها روی یک سیم برای یک سوییچ دریافت کننده یا اتصال یک سوییچ برای انتقال داده‌ها به یک روتر دریافت‌کننده استفاده می‌شد.

هنگامی که نیاز به اتصال دو دستگاه مشابه (به‌طور مثال، سوئیچ به یک سوئیچ) داشتید، مشکلی رخ می‌داد، به این دلیل که دو سوییچ هر دو روی یک سیم در وضعیت دریافت یا ارسال قرار داشتند. راه‌حل برطرف کردن این مشکل به‌کارگیری کابل کراس‌اور است. یک کابل کراس‌اور، سیم‌های انتقال و دریافت را معکوس کرده و برای اتصال یک کامپیوتر به کامپیوتر یا سوئیچ به یک سوئیچ استفاده می‌شود.

شکل زیر نحوه به‌کارگیری کابل کراس‌اور و کابل مستقیم را نشان می‌دهد. دقت کنید در شکل زیر یک کابل کراس‌اور برای اتصال یک کامپیوتر به یک روتر مورد نیاز است، زیرا انتظار می‌رفت که روترهای قدیمی فقط به سوئیچ‌ها متصل شوند.

اما دستگاه‌های مدرن یک عملکرد خودکارسازی دارند که آن‌ها را قادر می‌سازد تا سیم‌ها را در یک پلاگین شناسایی کنند و سپس فرستنده و گیرنده خود را دریافت کنند. در مکانیزم تشخیص خودکار که به آن automdix گفته می‌شود، تجهیزات مدرن قادر هستند کابل را تشخیص داده و سامانه ارسال و دریافت اطلاعات را با آن تنظیم کنند. به همین دلیل است که در برخی مکان‌ها مشاهده می‌کنید برای اتصال دو سوییچ به یکدیگر از کابل‌های Straight استفاده شده است.

توجه داشته باشید که کابل‌های کراس‌اور به تدریج در حال منسوخ شدن هستند، مگر زمانی‌که برای پشتیبانی از دستگاه‌های قدیمی به وجود آن‌ها احتیاج باشد. در یک کابل مستقیم، هر سیم به پین یکسان در هر انتهای سر دیگر متصل می‌شود. به‌طور مثال، سیم نارنجی/سفید به‌طور مستقیم از طریق پین 1 به پین 1 می‌رسد. در یک کابل کراس‌اور، سیم‌های انتقال و دریافت به حالتی که در شکل زیر مشاهده می‌کنید معکوس شده‌اند.

دیاگرام سمت چپ جفت‌های نارنجی و سبز معکوس شده با Fast Ethernet کار می‌کنند، زیرا این استاندارد اترنت فقط به دو جفت نیاز دارد. دیاگرام سمت راست هر چهار جفت را دارد.