Miedziane media transmisyjne

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

1

STRESZCZENIE

Praca skupia się na omówieniu miedzianych mediów transmisyjnych, najpowszechniej stoso-
wanych obecnie w sieciach lokalnych. Praca podzielona jest na dwie części, pierwsza omawia
kabel koncentryczny, druga zaś – skrętkę parową.

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

2

SPIS TREŚCI

Streszczenie .................................................................................................................................. 1
1. Medium transmisyjne ............................................................................................................... 3
2. Kabel koncentryczny ................................................................................................................ 3
3. Skrętka ...................................................................................................................................... 7

3.1. Jak „zarabiać” końcówki skrętki?.................................................................................... 12

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

3

1. MEDIUM TRANSMISYJNE

Praca sieci komputerowych polega na przesyłaniu informacji pomiędzy urządzeniami podłą-
czonymi do tych sieci. Niezbędne do tego jest medium transmisyjne, czyli coś, co pozwoli
przenosić informacje od jednego urządzenia do drugiego. Medium transmisyjnym może być
np.:
- kabel miedziany: przenosi on informacje w postaci sygnałów elektrycznych
- światłowód: informacje przenoszone są w postaci fali świetlnej
- powietrze: informacje w tym wypadku przenoszone są jako fala radiowa.

Dla niewielkich sieci komputerowych, jakimi są sieci LAN (Local Area Network – Sieci Lo-
kalne) najczęstszym medium transmisyjnym jest okablowanie miedziane, a dokładniej dwa je-
go typy: kabel koncentryczny i tak zwana skrętka.

2. KABEL KONCENTRYCZNY

Kabel koncentryczny nazywany jest też współosiowym (ang. coaxial cable, coax) z powodu
swojej budowy:

Składa się on z dwóch przewodów miedzianych umieszczonych jeden wewnątrz drugiego (czy-
li koncentrycznie lub współosiowo). Pierwszy z tych przewodów (cienki miedziany drut na
zdjęciu powyżej) otoczony jest izolacją (biały plastik na zdjęciu). Drugim przewodem, we-
wnątrz którego umieszczony jest ten pierwszy, jest widoczna na zdjęciu miedziana siatka opla-
tająca wewnętrzną izolację. Całość okrywa kolejna warstwa izolacji – na zdjęciu
w kolorze czarnym.
Przewód wewnętrzny nazywany jest czasami przewodem gorącym, zaś przewód zewnętrzny to
ekran, który zapewnia większą odporność na zakłócenia zewnętrzne.
Obecnie sieci komputerowe oparte na kablu koncentrycznym buduje się przy pomocy kabla
o średnicy ok. 6 mm (jest to tzw. Cienki Ethernet – w odróżnieniu od praktycznie nie stosowa-
nego już Grubego Ethernetu, którego średnica wynosiła ok. 12 mm). Kabel taki oznacza się
często symbolem 10Base2 – jest to skrót od 10 Mbps BASEband 200 m, czyli transmisja 10
mbit/sek w paśmie podstawowym na odległość 200 m.
Skrót ten mówi nam też o ważnym parametrze tego kabla – jego długość nie może przekraczać
ok. 200 m (oficjalnie podaje się 185 m). Oczywiście nie znaczy to, że kabel
o długości 185 m będzie działać, a kabel o długości 210 m już nie, ale im bardziej przekroczy-
my zalecaną długość, tym gorzej kabel będzie przesyłał dane, aż w końcu transmisja nie będzie
możliwa.

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

4

Kabel koncentryczny wykorzystywany w sieciach komputerowych ma także oznaczenie RG-
58, pod którym figuruje we wszelkich katalogach w sklepach.
Sieci lokalne zbudowane przy pomocy kabla koncentrycznego to sieci najczęściej w standar-
dzie Ethernet, czyli są typem magistrali. Co to oznacza? To, że oś sieci stanowi „szyna” (magi-
strala) (będąca w rzeczywistości właśnie kablem koncentrycznym), do której podłączone są
komputery. Wygląda to mniej więcej tak:

Wiemy już, co to jest kabel koncentryczny, ale czym są pozostałe elementy opisane na rysunku
– trójnik, terminator i złącze BNC? Są to części niezbędne do zbudowania sieci z kabli koncen-
trycznych.

Trójnik – za jego pomocą tworzymy „odgałęzienia” od magistrali, do których podłączamy
komputery. Trójnik należy wkręcić bezpośrednio w gniazdo BNC na karcie sieciowej tą naj-
grubszą końcówką, która na powyższym zdjęciu jest po lewej stronie:

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

5

Złącze BNC - do pozostałych dwóch końcówek trójnika dokręcamy złącza BNC (oczywiście
zamocowane na kablu) i łączymy kablem koncentrycznym z kolejnymi elementami sieci.

Terminator – do trójników podłączonych do skrajnych komputerów w sieci tylko z jednej
strony dołączony jest (poprzez złącze BNC) kabel koncentryczny. Z drugiej strony kabla nie
ma – bo dalej nie ma już kolejnych komputerów. W takim miejscu należy wkręcić tzw. termi-
nator. Jest to po prostu opornik o wartości impedancji falowej 50 Ω – gdyby go nie było, sy-
gnały odbijałyby się od „otwartych” końców magistrali i sieć nie będzie działać.
Co to jest impedancja falowa 50 Ω? Jest to swego rodzaju „opór”, jaki ten kabel stanowi dla
sygnałów o wysokich częstotliwościach. Tak samo wyglądające kable, którymi doprowadzany
jest sygnał telewizyjny mają impedancję 75 Ω i nie można ich stosować zamiennie z 10Base2.

(Oznaczenie kabla przeważnie opisane jest co pewien odcinek na jego zewnętrznej izolacji)

Jeżeli chcemy połączyć ze sobą tylko 2 komputery, to i tak trzeba zrobić to za pomocą trójni-
ków z terminatorami zamocowanymi na końcach magistrali – nie można po prostu połączyć ich
kablem koncentrycznym z dwoma złączami BNC na końcach.

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

6

Końcówki każdego z opisanych elementów są tak skonstruowane, aby zapewnić trwałe i solid-
ne połączenie – elementy trzeba wcisnąć na miejsce i przekręcić aż do zablokowania. Poniższe
zdjęcie pokazuje, jak wygląda połączenie tych części na końcach magistrali:

Widać więc, że instalacja takiej sieci jest prosta, a na dodatek kable koncentryczne i wszystkie
akcesoria (trójniki, złącza BNC, terminatory) są niedrogie. Kolejną zaletą jest wysoka odpor-
ność na zakłócenia zewnętrzne, którą zapewnia ekran z siatki miedzianej.
Okablowanie tego typu sprawdza się jednak tylko w niewielkich sieciach LAN. Dlaczego? Po
pierwsze, zapewnia stosunkowo niedużą transmisję – 10 Mb/s. Zwróćmy uwagę, że jest to
prędkość podana w megabitach (Mb), a nie megabajtach (MB) na sekundę. Po przeliczeniu na
bajty (1 B = 8 b) wychodzi nam niezbyt imponująca wielkość 1,25 MB/s.
Dodajmy do tego fakt, że w sieci magistralowej transmisja ma charakter rozgłoszeniowy. Co to
oznacza? To, że jeśli komputer 1 (patrz rysunek poniżej) chce wysłać dane tylko do komputera
2, to dane te i tak wędrują po całej magistrali i trafiają do wszystkich podłączonych do niej
komputerów.

Jeśli zatem podłączona będzie duża ilość komputerów, to skala tego nadmiarowego ruchu natu-
ralnie wzrasta, a co za tym idzie, spada rzeczywista prędkość, z jaką można przesyłać dane w
sieci.
Dla kabla koncentrycznego podaje się, że maksymalna ilość komputerów podłączonych do ma-
gistrali o długości 185 m nie powinna przekroczyć 30 stanowisk. Zależy to jednak od ilości da-
nych, jakie przesyła każdy komputer.
Kolejna wadą tego rodzaju okablowania jest jego awaryjność i trudność wykrycia miejsca, w
którym coś się zepsuło. Dlaczego trudno jest zlokalizować awarię kabla? Bo nieważne, w któ-
rym miejscu ona nastąpi – przestaje działać cała sieć.

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

7

Jeśli ktoś odkręci złącze BNC z kablem wpięte z jednej strony trójnika podłączonego do jego
karty sieciowej, to będzie to równoznaczne z rozbiciem sieci na dwie mniejsze magistrale, z
których każda z jednej strony nie będzie miała terminatora – czyli nie będzie działać. To samo
dzieje się, jeśli w którymkolwiek miejscu zostanie uszkodzony kabel.

Można natomiast wykręcić cały trójnik z gniazda znajdującego się w karcie sieciowej bez prze-
rywania ciągłości sieci.

3. SKRĘTKA

Znacznie szerzej stosowanym kablem miedzianym w sieciach LAN jest tak zwana skrętka pa-
rowa (ang. Twisted Pair). Skąd ta nazwa? Stąd, że przewód ten składa się z kilku par żył skrę-
conych ze sobą:

Po co żyły skręca się ze sobą? Aby zapewnić ekranowanie przed zakłóceniami zewnętrznymi.
Pary żył, które są ze sobą skręcone dobierane są nie na chybił trafił, ale w ten sposób, że przez
obie płynie prąd o takiej samej wartości, lecz o przeciwnym kierunku. Dzięki skręceniu żyły
ściśle przylegają do siebie, a pola wytwarzane przez prąd płynący każdą z nich znoszą się na-
wzajem.

Istnieje kilka kategorii skrętek:

• kategoria 1 – tradycyjna nieekranowana skrętka telefoniczna przeznaczona do przesyła-

nia głosu, nie przystosowana do transmisji danych

• kategoria 2 – nieekranowana skrętka, szybkość transmisji do 4 MHz. Kabel ma 2 pary

skręconych przewodów

• kategoria 3 – skrętka o szybkości transmisji do 10 MHz, stos. w sieciach Token Ring

(4 Mb/s) oraz Ethernet 10Base-T (10 Mb/s). Kabel zawiera 4 pary skręconych przewo-
dów

• kategoria 4 – skrętka działająca z szybkością do 16 MHz. Kabel zbudowany jest z czte-

rech par przewodów

• kategoria 5 – skrętka z dopasowaniem rezystancyjnym pozwalająca na transmisję da-

nych z szybkością 100 MHz na odległość do 100 m

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

8

• kategoria 5e – (enchanced) – ulepszona wersja kabla kategorii 5. Jest zalecana do sto-

sowana w przypadku nowych instalacji

• kategoria 6 – skrętka umożliwiająca transmisję z częstotliwością do 200 MHz. Katego-

ria ta obecnie nie jest jeszcze zatwierdzona jako standard, ale prace w tym kierunku
trwają

• kategoria 7 – kabel o przepływności do 600 MHz. Będzie wymagać już stosowania no-

wego typu złączy w miejsce RJ-45 oraz kabli każdą parą ekranowaną oddzielnie. Obec-
nie nie istnieje.

Powszechnie wykorzystywane w sieciach są kable kategorii 5 oraz – rzadziej – kategorii 3.
Skrętkę kategorii 3 nazywa się 10Base-T , co jest skrótem od 10 Mbps BASEband Twisted Pa-
ir – czyli skrętki parowej pozwalającej na transmisję w paśmie podstawowym z prędkością 10
Mb/s.
Skrętka kategorii 5 to 100Base-T – czyli transmisja może odbywać się z prędkością 100 Mb/s.

Skrętki często oznacza się skrótami: UTP, FTP, STP – co one oznaczają?

UTP to Unshielded Twisted Pair – czyli skrętka nieekranowana. Jedynym zabezpieczeniem
przed zakłóceniami są sploty par żył. Ten typ kabla jest najczęściej stosowany w sieciach LAN.
FTP to Foiled Twisted Pair – czyli skrętka foliowana. Żyły otoczone są „płaszczem” z folii,
wprowadzony jest też dodatkowy przewód uziemiający. Stosowana w sieciach narażonych na
duże zakłócenia.
STP to Shielded Twisted Pair – czyli skrętka ekranowana. Od FTP różni się tym, że przewody
otacza dodatkowo ekran w postaci oplotu (metalowej siateczki), zapewniający jeszcze lepszą
ochronę.

Istnieją także odmiany tych kabli:
FFTP – (Foiled + foiled Twisted Pair) każda para przewodów otoczona jest osobną folią, cały
kabel również otoczony folią.
SFTP – (Shielded + Foiled Twisted Pair) każda para przewodów otoczona jest osobną folią, a
cały przewód otacza oplot.

Na zdjęciach łatwo zauważyć, że skrętka wykorzystywana w sieciach komputerowych składa
się z 4 par żył skręconych ze sobą, czyli z 8 żył. Każda para składa się z żyły danego koloru i
żyły biało-kolorowej: niebieska i biało-niebieska, pomarańczowa i biało-pomarańczowa, zielo-
na i biało-zielona, brązowa i biało-brązowa. Ważne jest, aby pary żył były właśnie takie, gdyż
jak mówione było na początku, skręcone ze sobą muszą być przewody, w których płynie taki
sam prąd, lecz o przeciwnym kierunku.
Co więcej, w skrętce wykorzystuje się tylko 2 pary żył – jedną parę do wysyłania (TX+ i TX-) i
jedną do odbierania (RX+ i RX-) danych.

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

9

Sieci komputerowe zbudowane za pomocą skrętki to najczęściej sieci o topologii gwiazdy. Jak
to wygląda w praktyce? Istnieje element centralny, tak zwany koncentrator albo hub, do które-
go podłączone są komputery – całość przypomina wyglądem gwiazdę.

Hub pełni zatem podobną rolę, jak magistrala.

RJ-45 to wtyczka mocowana do skrętki:

Podłącza się ją do karty sieciowej (lub innego urządzenia) do odpowiedniego gniazda. Wtyczkę
trzeba wcisnąć aż do momentu, gdy usłyszymy kliknięcie znajdującego się na niej zatrzasku.
Przy wyjmowaniu wtyczki z gniazda należy najpierw przycisnąć zatrzask, a dopiero potem po-
ciągnąć za wtyczkę.

Przy użyciu skrętki można również połączyć ze sobą bezpośrednio dwa komputery.

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

10

Potrzebna jest do tego skrętka tzw. skrosowana (krzyżowa, crossover), podczas gdy w po-
przednim przykładzie topologii gwiazdy komputery z hubem łączyło się skrętką prostą (stra-
ight-thru). Co to znaczy – skrętka prosta lub skrosowana? Aby to wyjaśnić, najpierw musimy
poznać kilka szczegółów dotyczących skrętki.

Jeżeli będziemy trzymać wtyczkę RJ-45 tak, aby była spodem w nasza stronę – tzn. w nasza
stronę będą zwrócone metalowe elementy kontaktowe, to piny (czyli te metalowe końcówki na
wtyczce, łączą się w środku z żyłami skrętki) numerowane są od lewej do prawej,
od 1 do 8.

Jak mówiliśmy, do przesyłu danych używane są tylko 2 pary (4 przewody) – licząc od lewej są
to: 1 pin – wysyłanie danych (TX+), 2 pin – wysyłanie danych (TX-), 3 pin – odbiór danych
(RX+), 6 pin – odbiór danych (RX-).

Ponieważ kolejność żył we wtyczce ma duże znaczenie, opracowano dwa standardy określające
ich kolejność wg kolorów. Są to standardy EIA/TIA 568A oraz 568B:

568A:

568B:

Standardy te różnią się od siebie zamianą miejsc pary zielonej i pomarańczowej, czyli tych par,
które wykorzystywane są do przesyłu danych. Przy czym zauważmy, że nie wszystkie pary są
ułożone „obok siebie” - para odbierająca dane (pin 3 i pin 6) jest „rozdzielona” przez parę nie-
bieską.
Standard 568A jest częściej stosowany.

Możemy teraz wyjaśnić, co to jest skrętka prosta i skrosowana.
Powiedzieliśmy już, że tak naprawdę liczą się tylko żyły doprowadzone do pinów 1, 2 (wysy-
łanie danych) oraz 3 i 6 (odbieranie danych).
Istnieją dwa rodzaje portów (gniazd) RJ-45. Jeden rodzaj występuje np. w kartach sieciowych
komputerów. Wysyła on dane przez pin 1 (TX+) oraz pin 2 (TX-), zaś odbiera dane przez pin 3

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

11

(RX+) i pin 6 (RX-). Drugi rodzaj portu występuje w hubach i działa odwrotnie – wysyła dane
pinem 3 i 6, a odbiera pinem 1 i 2.
Po co o tym mowa? Ponieważ aby możliwa była transmisja, żyły skrętki muszą fizycznie połą-
czyć ze sobą piny nadające dane z pinami odbierającymi dane.
Zatem w przypadku połączenia PC – HUB należy połączyć piny: 1 z 1, 2 z 2, 3 z 3 i 6 z 6, co
pokazuje rysunek:

Jest to tak zwane połączenie proste. Na rysunku zaznaczono kolory żył skrętki, które używane
są w połączeniu. Jak widać, po obu stronach kabla ich kolejność jest taka sama (kolejność kolo-
rów na rysunku podana jest wg częściej stosowanego standardu 568A).

Tak samo, jeśli chcemy połączyć ze sobą 2 komputery PC, żyły skrętki muszą połączyć piny
nadające z odbierającymi. W tym wypadku jednak jest to połączenie pinów: 1 z 3, 2 z 6, 3 z 1 i
6 z 2, jak widać na rysunku:

Takie połączenie nazywa się krzyżowym lub skrosowanym. Skąd ta nazwa pokazuje rysunek –
przewody krzyżują się ze sobą, aby połączyć odpowiednie piny. Kabel skrosowany z jednej
strony ma kolejność przewodów odpowiadającą standardowi 568A, a z drugiej – 568B.

Należy pamiętać o stosowaniu odpowiedniego kabla – prostego lub krzyżowego – przy łącze-
niu urządzeń. Jeśli połączymy 2 PCty skrętką prostą, to oba komputery będą próbowały nada-
wać przez parę żył zieloną i oba będą próbowały odbierać dane z pary pomarańczowej – i co
jest oczywiste, komunikacja między nimi będzie niemożliwa.

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

12

3.1. Jak „zarabiać” końcówki skrętki?

Jedną z głównych zalet skrętki jest prostota stosowania. Jeśli posiadamy odpowiednie narzę-
dzia (zaciskarkę), można bez problemu zamocować wtyczkę RJ-45 na skrętkę.

Jak to się robi?

1. Najpierw należy zdjąć izolację z jednego końca skrętki na długości kilku centymetrów.

Należy zdjąć tylko izolację zewnętrzną (całego kabla), uważając, żeby nie uszkodzić
izolacji poszczególnych żył!

2. Następnie trzeba rozprostować żyły w „wachlarzyk” i ułożyć je w odpowiedniej kolej-

ności (najlepiej wg standardu 568A). Pamiętaj – jeśli robisz skrętkę prostą, to na obu
końcach

kolejność

żył

ma

być

taka

sama.

Jeśli skrosowaną – końce mają być różne, jeden wg 568A, a drugi 568B!

3. Po dokładnym ułożeniu żył, należy je przyciąć na długość około 1,3 cm – jeśli żyły nie

będą skręcone na dłuższym odcinku, może to pogorszyć parametry kabla, czyli będzie
gorszy przesył danych.

4. Następnie należy chwycić wtyczkę RJ-45 tak, aby metalowe części kontaktowe zwró-

cone były w naszą stronę.

5. Ostrożnie wsunąć żyły do wtyczki – aż do samego końca. Trzeba uważać, żeby w trak-

cie wsuwania kabla do wtyczki nie poprzestawiać kolejności żył.

Poniższy rysunek przedstawia opisane wyżej kroki:

Zaciskarka – większość modeli posiada wbu-
dowane cążki i ściągacz izolacji.

Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Zakład Systemów Rozproszonych

Rzeszów 2002

13

Teraz wtyczkę należy włożyć do zaciskarki, jak pokazuje poniższy rysunek i zacisnąć ją do
oporu:

Co się wtedy dzieje? Zaciskarka wciska dwie części wtyczki: (1) plastikową blokadę, która

zapobiega zsunięciu się wtyczki z kabla oraz (2) metalowe piny, które przebijają izolację żył,
co zapewnia przewodzenie pomiędzy żyłami kabla a pinami wtyczki: