Kas yra tas ethernet kabelis ir kodėl jis vis dar svarbus
Gyvename belaidžio interneto eroje, tačiau tie kupranugariai kabeliai, kurie slypi už mūsų kompiuterių stalų, vis dar atlieka didžiulį darbą. Ethernet kabelis – tai fizinis ryšys tarp jūsų įrenginio ir interneto pasaulio, veikiantis patikimiau nei bet koks Wi-Fi. Jei kada nors žaidėte internetinius žaidimus ir pastebėjote, kad laidinis ryšys duoda mažesnį ping’ą, arba jei dirbate su dideliais failais ir norite maksimalaus greičio – tai viskas dėka ethernet technologijos.
Pirmasis ethernet standartas atsirado dar 1980 metais, kai Xerox, Intel ir Digital Equipment Corporation sukūrė bendrą protokolą, leidžiantį kompiuteriams bendrauti tarpusavyje. Nuo to laiko technologija evoliucionavo nuo kuklių 10 Mbps (megabitų per sekundę) iki šiuolaikinių 100 Gbps ir net daugiau. Bet pagrindinis principas išliko tas pats – elektriniai signalai keliauja per vario laidus, perduodami duomenis iš taško A į tašką B.
Kas slypi po plastikine apvalkalų
Atplėšus ethernet kabelio apsauginę išorinę danga, pamatysite keturias suktas porų poras – iš viso aštuonis laidus. Šie laidai paprastai spalvoti: oranžinis, žalias, mėlynas ir rudas, kiekvienas su savo balta-dryžuota pora. Kodėl jie susukti? Tai ne dizainerio užgaida, o inžinerinis sprendimas kovai su elektromagnetiniais trukdžiais.
Kai elektros srovė teka per laidą, ji sukuria magnetinį lauką. Jei du laidai guli šalia vienas kito, jų magnetiniai laukai gali trukdyti vienas kitam – tai vadinama kryžminiu triukšmu (crosstalk). Susukdami laidų poras, inžinieriai pasiekia, kad trukdžiai iš dalies kompensuojasi. Kuo daugiau apsisukimų per centimetrą, tuo geresnė apsauga nuo triukšmo ir tuo didesnius greičius kabelis gali palaikyti.
Yra keletas pagrindinių ethernet kabelių kategorijų. Cat5e (Category 5 enhanced) palaiko iki 1 Gbps greičius ir tinka daugumai namų poreikių. Cat6 gali pasiekti 10 Gbps, bet tik iki 55 metrų, o Cat6a (augmented) palaiko tuos pačius 10 Gbps visame 100 metrų atstume. Cat7 ir Cat8 kabeliai jau profesionalams – jie turi papildomą ekranavimą ir palaiko dar didesnius greičius, bet ir kainuoja atitinkamai.
Kaip duomenys keliauja per vario gyslas
Ethernet veikia pagal labai paprastą principą – elektros įtampos pokyčiai koduoja informaciją. Kai jūsų kompiuteris nori išsiųsti duomenis, tinklo plokštė paverčia skaitmeninius duomenis (nulius ir vienetus) į elektrinius signalus. Šie signalai keliauja per kabelį kaip įtampos svyravimai.
Moderniuose ethernet standartuose naudojamas diferencialo signalo perdavimas. Tai reiškia, kad kiekviena susukta pora perduoda tą patį signalą, bet viename laide jis yra teigiamas, o kitame – neigiamas. Priimančioji pusė lygina abu signalus ir išgauna skirtumą. Jei kabelį paveikė išorinis elektromagnetinis trukdis, jis paveiks abu laidus vienodai, todėl skirtumas išliks toks pat – duomenys neprarandami.
Įdomu tai, kad ne visi aštuoni laidai visada naudojami. Senesnėse 100 Mbps ethernet versijose (Fast Ethernet) faktiškai veikia tik keturi laidai – dvi poros. Viena pora siunčia duomenis, kita priima. Gigabitiniame ethernet (1000BASE-T) ir greitesniuose standartuose naudojamos visos keturios poros, ir jos veikia abiem kryptimis vienu metu – tai vadinama full-duplex režimu.
Kištukų paslapčių anatomija
Tie plastikiniai kištukai ant kabelio galų vadinasi RJ45 jungtimis. Viduje jie turi aštuonis metalinių kontaktų, kurie atitinka aštuonis kabelio laidus. Bet čia slypi viena painiava – yra du skirtingi būdai išdėstyti tuos laidus kištuke: T568A ir T568B.
T568B yra populiaresnis standartas, ypač Jungtinėse Valstijose. Jame laidai išdėstomi tokia tvarka: oranžinis-baltas, oranžinis, žalias-baltas, mėlynas, mėlynas-baltas, žalias, rudas-baltas, rudas. T568A šiek tiek skiriasi – žalios ir oranžinės poros sukeistos vietomis. Abi schemos veikia vienodai gerai, svarbu tik tai, kad abu kabelio galai būtų sumontuoti pagal tą pačią schemą.
Yra ir trečias variantas – crossover kabelis, kuriame vienas galas sumontuotas pagal T568A, o kitas pagal T568B. Tokius kabelius anksčiau naudojo tiesiogiai sujungti du kompiuterius be jungiklio (switch). Šiandien dauguma įrenginių turi Auto-MDIX funkciją, kuri automatiškai prisitaiko prie kabelio tipo, todėl crossover kabeliai tapo retenyba.
Signalų kelionė per tinklą
Kai spustelite nuorodą internete, jūsų kompiuteris sukuria duomenų paketą – nedidelę informacijos dalį su adresu, kur ji turi nuvykti. Šis paketas pirmiausia patenka į tinklo plokštę, kuri jį paverčia elektriniais impulsais ir išsiunčia per ethernet kabelį.
Kabelis paprastai veda į maršrutizatorių arba jungiklį – įrenginį, kuris žino, kur toliau nukreipti tą paketą. Jungiklis veikia kaip pašto rūšiuotojas – jis žiūri į paketo adresą ir nusprendžia, į kurį portą jį persiųsti. Jei paketas skirtas interneto adresui, jis keliauja per maršrutizatorių į jūsų interneto paslaugų teikėjo tinklą ir toliau į platųjį internetą.
Visa tai vyksta neįtikėtinu greičiu. Gigabitiniame tinkle vienas bitas keliauja per kabelį per vos kelias nanosekundes. Signalo sklidimo greitis vario kabelyje yra apie 200,000 kilometrų per sekundę – tai maždaug du trečdaliai šviesos greičio vakuume. Todėl net 100 metrų kabelyje signalas nuvyksta per mažiau nei vieną mikrosekundę.
Kodėl kabelis neturi būti ilgesnis nei 100 metrų
Ethernet standartai nustato maksimalų 100 metrų atstumą tarp dviejų įrenginių. Kodėl būtent toks limitas? Atsakymas slypi fizikoje – elektriniai signalai silpnėja keliaudami per laidą. Tai vadinama signalo silpnimu arba atenuacija.
Kuo ilgesnis kabelis, tuo labiau signalai praranda energiją. Varis nėra tobulas laidininkas – jis turi tam tikrą varžą, kuri paverčia dalį elektros energijos šiluma. Be to, aukštesnės dažnio komponentės (o ethernet naudoja labai aukštus dažnius) silpsta greičiau nei žemesnės. Po 100 metrų signalai tampa per silpni, kad priimantis įrenginys galėtų juos patikimai atpažinti.
Antra problema – signalo atspindžiai. Kai elektros signalas pasiekia kabelio galą arba sutinka impendanso pasikeitimą, dalis jo energijos atsispindi atgal. Šie atspindžiai gali trukdyti naujiems signalams. Kuo ilgesnis kabelis, tuo daugiau laiko užtrunka atspindžiui grįžti, ir tuo sudėtingiau tampa signalų valdymas.
Jei jums tikrai reikia ilgesnio atstumo, galite naudoti tinklo jungiklį kaip signalo stiprintuvą. Jungiklis priima silpnus signalus, juos atgamina ir išsiunčia naujus, stiprius signalus toliau. Taip galite sujungti kelis 100 metrų segmentus ir pasiekti bet kokį reikiamą atstumą.
Ekranavimas ir aplinkos įtaka
Paprasti ethernet kabeliai vadinami UTP (Unshielded Twisted Pair) – neekranuotos suktos poros. Jie neturi jokios papildomos apsaugos nuo elektromagnetinių trukdžių, išskyrus pačių laidų susukimą. Namų ir biurų aplinkoje to paprastai pakanka.
Tačiau kai kabelis turi eiti šalia elektros laidų, fluorescencinių lempų ar kitų trukdžių šaltinių, geriau naudoti ekranuotus kabelius. STP (Shielded Twisted Pair) kabeliai turi metalinį ekraną aplink laidų poras. FTP (Foiled Twisted Pair) turi aliuminio folijos sluoksnį aplink visas poras. O SFTP sujungia abu – ir bendrą ekraną, ir atskirus ekranus kiekvienai porai.
Ekranavimas turi ir trūkumų. Pirma, ekranuoti kabeliai storesni ir mažiau lankstūs. Antra, ekranas turi būti teisingai įžemintas abiejuose kabelio galuose, kitaip jis gali net pabloginti situaciją, veikdamas kaip antena, kuri pritraukia trukdžius. Trečia, jie brangesni.
Temperatūra taip pat veikia kabelio veikimą. Varis plečiasi šildamas ir traukiasi vėsdamas, o tai gali pakeisti elektrinius kabelio parametrus. Dauguma ethernet kabelių skirta veikti nuo 0°C iki 60°C temperatūroje. Jei kabelis bus lauke, reikia specialaus lauko kabelio su UV apsauga ir atsparumu drėgmei.
Praktiniai patarimai montuojant ir prižiūrint
Jei kada nors bandėte patys užspausti RJ45 kištuką ant kabelio, žinote, kad tai ne taip paprasta, kaip atrodo. Pirmiausia, kabelį reikia nukirpti tiesiai – netaisyklingas pjūvis gali lemti, kad ne visi laidai teisingai pateks į kištuko kontaktus. Naudokite specialias replės su aštriais peiliais.
Nuėmus išorinę izoliaciją (ne daugiau kaip 2-3 centimetrus), laidų poras reikia išsukti tik tiek, kiek būtina – paprastai apie 1 centimetrą. Kuo mažiau išsukta, tuo geriau išlaikoma kabelio charakteristika. Laidus išdėstykite pagal pasirinktą schemą (T568B yra saugiausia), išlyginkite juos ir nukirpkite, kad visi būtų vienodo ilgio – apie 1-1.5 cm nuo izoliacijos krašto.
Įkišdami laidus į kištuką, įsitikinkite, kad visi pasiekia kištuko priekį – turėtumėte matyti vario laidų galus pro skaidrų plastiką. Taip pat patikrinkite, kad išorinė kabelio izoliacija įeitų į kištuką – užspaudimo įrankis turi suspausti ir ją, kad kabelis nebūtų ištrauktas. Tada tvirtai užspauskite kištuką specialiomis replėmis.
Patikrinti kabelio kokybę galima kabelių testeriu – net paprasčiausi modeliai parodo, ar visi aštuoni laidai sujungti teisingai ir ar nėra trumpų jungčių. Profesionalūs testeriai gali išmatuoti kabelio ilgį, signalo silpnimą, atspindžius ir kitus parametrus.
Kai tiesiamas kabelis sienose ar lubose, neperlenkite jo per aštriai – ethernet kabelio lenkimo spindulys turėtų būti bent keturis kartus didesnis už kabelio skersmenį. Per aštrus lenkimas gali pažeisti laidų struktūrą ir pabloginti signalo kokybę. Taip pat neverskite kabelio per stipriai – maksimali tempimo jėga paprastai yra apie 11 kilogramų.
Ateities perspektyvos ir alternatyvos
Nors Wi-Fi technologija nuolat tobulėja, ethernet kabeliai niekur nedingsta. Naujieji standartai, tokie kaip 25GBASE-T ir 40GBASE-T, stumia greičio ribas vis aukštyn. Duomenų centrai jau naudoja 100 gigabitinį ir net 400 gigabitinį ethernet, nors ten dažnai pereinama prie šviesolaidinio kabelio.
Šviesolaidis – tai pagrindinė alternatyva vario ethernet kabeliams, kai reikia labai didelių greičių arba ilgų atstumų. Šviesolaidiniuose kabeliuose duomenys perduodami šviesos impulsais per stiklo ar plastiko gijas. Jie gali perduoti duomenis dešimtis kilometrų be signalo stiprinimo ir yra visiškai atsparūs elektromagnetiniams trukdžiams.
Tačiau šviesolaidis turi savo trūkumų. Jis brangesnis, trapesnis ir sudėtingesnis montuoti. Reikia specialių įrankių ir įgūdžių. Be to, dauguma mūsų įrenginių vis dar turi tik vario ethernet portus, todėl vis tiek reikalingi keitikliai iš šviesolaidžio į varį.
Namų vartotojams ir nedidelėms įmonėms vario ethernet kabeliai išliks pagrindine technologija dar daugelį metų. Jie pakankamai greiti daugumai taikymų, patikimi, nebrangūs ir lengvai prižiūrimi. Net jei jūsų interneto greitis yra 100 ar 200 Mbps, paprastas Cat5e kabelis puikiai susidoros. O jei planuojate ateičiai ir norite būti pasirengę gigabitiniam internetui, Cat6 kabelis bus puikus pasirinkimas už nedaug didesnę kainą.
Ethernet technologija puikiai iliustruoja, kaip gerai suprojektuotas standartas gali išlikti aktualus dešimtmečius. Tie patys RJ45 kištukai, kurie buvo naudojami prieš 30 metų, vis dar veikia šiandien, tik duomenys per juos keliauja šimtus kartų greičiau. Tai rodo, kad kartais paprastas, patikimas fizinis ryšys nugali net pačias modernias belaidžio ryšio technologijas.