В легкой и доступной форме описаны основные параметры и конструктивные особенности кабелей для СКС. Приводится сравнение: чем отличается качественный кабель от дешевого некачественного, на чем было сэкономлено и к каким неприятностям это может привести.
Вы держите в руках два куска симметричного кабеля («витой пары») для построения локальной сети. Один, с маркировкой FinMark, вы купили у нас, а второй, «Super-Extra-Universal-High-Quality, Made in USA & Japan & EU» UTP 5extra, вы купили в рядах на радиорынке. Их цена отличается почти в 4 раза, а на вид они почти одинаковы. В чем же дело? Кто вас обманул: ДЕПС, который необоснованно поднял цену на импортный товар или тот хитрый малый из рядов, всучивший вам вместо нормального кабеля то самое из чего нельзя слепить пулю?
Давайте спокойно разберемся. Возьмем ножик, вскроем и посмотрим на реальные отличия двух образцов, а заодно почитаем в любимом нами Интернете публикации на тему «Что такое хороший кабель и как его отличить от плохого».
ПРИМЕНЕНИЕ
Только для начала давайте определимся, зачем собственно нам нужен кабель. Нужен, говорите вы, чтобы построить сеть, т.е. соединить передатчик с приемником, активное оборудование (коммутатор, маршрутизатор или нечто в этом роде) с сетевой картой компьютера. То есть основная задача кабеля – обеспечить передачу информации с заданным качеством. Для того, что бы это гарантировать умные дядьки из международных стандартизирующих организаций (IEEE, IEC, ANSI, CENELEC) установили четкие требования к основным электрическим и передаточным параметрам LAN-кабелей, и записали их в стандарты IEEE 802.3, ISO/IEC 11801, EN 50173, TIA/EIA-568B, IEC 61156, EN 50288 и некоторые другие. К таким параметрам относится сопротивление на постоянном токе, электрическая емкость, коэффициент затухания, переходные затухания на ближнем и дальнем конце, защищенность, волновое сопротивление, потери на отражение и т.д. В чем их смысл, а главное, чем грозит несоответствие им, рассмотрим чуть позже. Пока, поверьте мне на слово, все они связаны с конструктивным исполнением кабеля.
И какая-либо халтура в производстве или использование некачественных материалов сразу отразится на параметрах передачи и количестве ошибок при функционировании сети.
Ну а теперь, почувствуйте себя патологоанатомом и вскрыв несчастный кусок кабеля, вы увидите, что основа его конструкции – медные жилы диаметром 0,51 мм в полиэтиленовой изоляции. Все эта конструкция покрыта поливинилхлоридной (реже полиэтиленовой или специальной негорючей) оболочкой.
ПРОВОДНИКИ
Традиционно в кабелях связи в качестве материала проводников используют чистую электротехническую медь. В кабелях для постоянной прокладки (горизонтальной, вертикальной) как правило, используются сплошные проводники (solid wire), а в патч-кордах, и соединительных кабелях – проводники, свитые из отдельных проволок малого диаметра (stranded wire). Последние имеют лучше механическую прочность на изгиб и растягивание, хотя и чуть большее затухание на очень высоких частотах.
Диаметр проводника, как правило, выражается в мм или в «калибре» согласно таблице американского стандарта проводов AWG (American Wire Gauge). Например, часто встречаются AWG 26 (0,4049 мм), AWG 25 (0,4547 мм), AWG 24 (0,5106 мм), AWG 23 (0,5733 мм), AWG 22 (0,6438 мм).
Материал и геометрические размеры проводника влияют на два важнейших нормируемых параметра кабеля – электрическое сопротивление на постоянном токе и коэффициент затухания. Второй параметр (Attenuation) определяет степень уменьшения мощности сигнала при его передаче на 100 м (максимальная длина горизонтального участка) и измеряется в дБ/100 м. Попытки же некоторых производителей сэкономить на кабеле заставляют их придумывать «почти стандартные» размеры проводников. Так некоторые фирмы поставляют кабели с диаметром жил 0,48 – 0,50 мм под лозунгом «это ведь почти AWG 24, а вам дешевле обойдется». Не пытайтесь обмануть физику! Со времен Ньютона это никому не удавалось. За счет этого «почти» вы получите ухудшение коэффициента затухания не менее 3 – 5 дБ/100 м. 
Подумаешь – скажете вы – децибелом больше, децибелом меньше! Все равно у меня все участки короче 100 метров. Я эти, как их там по батюшке, децибелы и не почувствую! Только учтите, что Ethernet штука хитрая, если затухание в канале превысит допустимое, все равно канал будет как-то работать, но из-за постоянных перезапросов реальная скорость обмена в канале значительно упадет. В вот это вы точно почувствуете!
Еще один способ удовлетворить собственное зеленое земноводное – купить вместо медного более дешевый кабель с биметаллическими жилами. Обычно используются алюминиевые или стальные проволоки покрытые тонким поверхностным слоем меди: соответственно Copper Clad Aluminium (CCA) и Copper Clad Steel (CCS). 
Такие конструкции применяются для удешевления кабеля в расчете на действие поверхностного эффекта. Он заключается в том, что вследствие самоиндукции на высоких частотах ток протекает не равномерно по всему сечению проводника, а только по тонкому слою его внешней поверхности. Причем, чем выше частота, тем тоньше этот слой. Таким образом, возникает впечатление, что для передачи высокочастотного сигнала не имеет значения передавать сигнал по медной жиле или «биметаллической». Но это касается одночастотного сигнала несущей, а не широкополосного сигнала в спектре 1 – 125 МГц! То есть, используя этот «биметалл» вы заранее соглашаетесь на ухудшение параметров передачи во всей нижней части спектра аж до 50-100 МГц (в зависимости от толщины медного слоя), чтобы втиснутся в нормы на самых верхних частотах.
Поскольку сопротивление алюминия примерно в 2 раза, а стали в 6 раз хуже меди, то применение этих материалов резко увеличивает сопротивление и составляющую «потери в металле», существенно сказывающуюся на более низких частотах. А увеличение индуктивности в кабелях ССS приводит к тому, что кабель начинает работать как фильтр НЧ, увеличивая затухание на ВЧ и к искажению формы импульсов (затягиванию «хвостов»). Все это приводит к увеличению ошибок на приеме при наиболее скоростных приложениях Ethernet.
Использование кабелей с алюминиевыми проводниками чревато потерей их механической прочности на изгиб. Согните два раза пальцами алюминиевую проволочку и увидите, что может случиться с вашими несчастными проводниками! В кабелях со стальными жилами проблема практически противоположная – они менее гибкие и более тяжелые, чем их медные и алюминиевые собратья.
При малых диаметрах жил в процессе производства значительно сложнее обеспечить точное наложение изоляции на проводника. Возникающий эксцентриситет (несовпадение центров) проводника/диэлектрика приводит к увеличению разности взаимных емкостей, а, следовательно, и к увеличению взаимных влияний между парами в кабеле. 
Этот эффект, связан со взаимной индукцией пар и переходе энергии сигналов между ними, сродни тому, при котором вы слышите в телефонной трубке чужой разговор. Степень этих влияний характеризуется переходными затуханиями на ближнем (NEXT) и дальнем конце (FEXT). Чем больше затухает переходная помеха, тем выше соотношение сигнал/шум и лучше качество связи. Конструктивно это обеспечивается взаимным расположением пар относительно друг друга, т.е. геометрией изолированных жил и их скруткой. А теперь представьте, что будет, когда изоляция «гуляет» по всей длине проводника! Представили? Тогда не удивляйтесь, если анализатор кабельной сети покажет что упомянутые NEXT, FEXT и их производные (PS NEXT, ACR, PS ACR, ELFEXT, PS ELFEXT) сильно не дотягивают до нормы!
Как правило, производитель мягко говоря «кабеля низкого ценового диапазона» старается экономит на всем. Сюда же относится и изоляция жил. Вместо применения качественного полиэтилена высокого давления с хорошими диэлектрическими свойствами (большим удельным объемным сопротивлением) вам предложат так называемый вторичный полиэтилен. Учтите, что в LAN-кабелях изоляция важна не только для предотвращения короткого замыкания между жилами. Плохая изоляция имеет больший тангенс угла диэлектрических потерь (tg δ) на высоких частотах, а именно на ВЧ затухание определяется не столько «потерями в металле», сколько «потерями в диэлектрике». 
Все это приводит к увеличению затухания сигнала именно на высоких частотах, что очень критично, для высокоскоростных приложений (100BASE-T, 1000BASE-T и др.). Состав изоляции также непосредственно влияет на емкость пары, а, следовательно, и на такой нормируемый параметр, как волновое сопротивление (Characteristic impedance). Этот параметр характеризует комплексное сопротивление линии падающей электромагнитной волне и должен находиться в пределах 100±15 Ом. Несоответствие указанному значению приведет к неполному согласованию линии с активным оборудованием и сетевой картой компьютера, т.е. уменьшит реальный уровень сигнала в цепи.
Для параметров передачи очень неприятно также неравномерное распределение волнового сопротивления по длине кабеля. Проще говоря, неоднородность изолированных жил либо за счет проводника либо – изоляции. В таком случае будет превышено допустимое значение потерь на отражение (Return loss). Возникающие за счет отражения от неоднородностей встречные потоки увеличат помехи при передаче Gigabit Ethernet, а попутные потоки – практически во всех протоколах Ethernet.
Как правило в кабелях с биметаллическими жилами и изоляцией неизвестной породы волновое сопротивление в диапазоне частот до 100 МГц «болтается» от 80 до 180 Ом, а частотная характеристика потерь на отражение «скачет» как бешенный мустанг, то опускаясь ниже нормы на 8-10 дБ, то подскакивая выше на 10-12 дБ!
Вы видите, что отдельные проводники кабеля скручены в пары, а пары скручены между собой. Именно скрутка жил обеспечивает минимальное электромагнитное влияние между цепями при передаче сигналов, поэтому скрутка отдельных пар производится с разным шагом. Расчет шага скрутки для отдельных пар – довольно сложная инженерная задача, требующая точного расчета, с учетом спектра передаваемых частот. Кстати из-за разношаговой скрутки длина разных пар в кабеле будет различной, а, следовательно, различным будет и время прохождения по ним сигналов. Для учета этого эффекта стандартами нормируется параметр смещение задержки распространения (Delay Skew). Это принципиально важно для приложения 1000BASE-T, где передача и прием ведется одновременно по все четырем парам. Естественно, при производстве дешевых кабелей никто не будет морочить себе голову расчетом скруток. Поэтому смещение задержки в них как правило не соответствует нормам, что приводит к ошибкам при работе Gigabit Ethernet, причем с любой скоростью. 
Качество скрутки, вместе с одинаковыми размерами проводников и однородностью диэлектрика непосредственно связаны с помехозащищенностью неэкранированных кабелей типа UTP. Посторонний источник помех (активное оборудование, другой кабель, электродвигатель и т.п.) будет наводить в проводниках ЭДС одинаковой величины и, в результате отсутствия разности потенциалов в цепи не будет протекать ток помех. Параметр, который показывает соотношение мощности передаваемой по паре и излучаемой в пространство называется затухание связи (Coupling attenuation). В том кабеле, который вы купили на рынке он наверняка не будет соответствовать нормам, т.е. сеть будет сильно повержена электромагнитным влияниям из вне.
Скрутка сердечника кабеля (всех изолированных жил) обеспечивает его механическую прочность и устойчивость параметров передачи при натяжении или изгибе кабеля. Неквалифицированное производство конструкции привет к тому, что изогнутый или натянутый при кроссировании или прокладке в каналах кабель будет иметь повышенное затухание на высоких частотах либо дополнительные неоднородности.
Есть еще один момент, о котором забывают сверхэкономные сетевики – это подключение кабелей. Как правило, жилы кабелей подключаются к соединительному, распределительному или оконечному оборудованию на врезных контакт (IDC). Современные соединители на врезных контактах, используемые в коннекторах или в печатных платах патч-панелей рассчитаны на стандартный диаметр жил 24 AWG (0,511 мм). При установке в них жил с меньшим диаметром увеличивается сопротивление контакта, уменьшается его механическая прочность. За счет разности сопротивлений металлов проводников (алюминий или сталь) и контакта соединителя (медь) возникнет достаточное сильное рассогласование пары и соединительного оборудования. 
Такая неоднородность дополнительно увеличит отражения сигнала, что уменьшит его мощность (за счет обратный потока) и увеличит количество ошибок (за счет встречного потока со сдвигом по фазе). Кроме того, проводник с уменьшенным диаметром просто будет механически плохо держаться в таких контактах. Неужели вас устроит преждевременный износ коммутационных шнуров?
И еще одна неприятность, связанная с подключением биметаллических проводников к соединителям, может вас поджидать при прокладке кабелей между зданиями (Campus lines), в подвалах, на чердаках. В условиях влажной среды разнородные металлы жилы кабеля и врезного контакта начнут образовывать гальванические пары и стремительно коррозировать образуя диэлектрическую пленку и еще больше увеличивая сопротивления контакта. И тогда ваш глаз будут радовать контакты приятного зеленого цвета!
Внешняя оболочка позволяет защитить сердечник кабеля во время его прокладки и последующей эксплуатации от всяческих механических, тепловых и химических воздействий. Наиболее популярным материалом для оболочек кабелей СКС является поливинилхлорид (PVC). Такой материал достаточно технологичен, не сильно дорог и не поддерживает горения. Последний момент принципиально важен для кабелей внутренней прокладки, поскольку он переходят из помещения в помещение и способны стать каналом распространения пожара по зданию.
В принципе материал оболочки состоит не из чистого PVC, а из композиции полимеров, пластификаторов и химических добавок, обеспечивающих его долговечность, стойкость к перепаду температур, постоянным и динамическим изгибам, растяжениям и т.п. И если на всем этом сэкономить, то оболочка вашего кабеля может не выдержать даже начальной инсталляции. А если и выдержит - радуйтесь, есть надежда что окончательно растрескается он только через год!
Однако в труднодоступных местах (например, под фальшполом) применение оболочек из PVC может быть ограничено, так как при горении он выделяют хлор. Если проектом определены специальные требования, то внутри помещений без ограничений могут применяться кабели с оболочкой из полиэтиленовых композиций, которые при возгорании не распространяют огонь, не выделяют дыма и галогенов (LSZH). На поверхности таких кабелей обязательно должны быть ссылки на стандарты по пожарной безопасности IEC 60332-1 (для горизонтальных кабелей) и IEC 60332-3 (для вертикальных кабелей). Ну и конечно, стоимость таких кабелей явно выше, чем с оболочкой из PVC. 
А вот для прокладки кабеля за пределами помещений оболочка из поливинилхлорида не очень подходит из-за повышенной влагопроницаемости. В этих случаях рекомендуется покрытие из светостабилизированного (стойкого к воздействию ультрафиолетовых лучей) полиэтилена (РЕ). Этот материал достаточно хорошо переносит механические (изгиб, сжатие, растяжение, стирание поверхности) и климатические (холод, тепло, перепады температур) воздействия. И опять же будьте бдительны: не все то полиэтилен, что черное! Негладкая, шершавая, пористая, нетвердая поверхность, а также нечеткий и неоднородный черный цвет говорят о том, что этот контрабандный товар делали в лучшем случае в Одессе на Малой Арнаутской.
Очень важный вопрос, для кого вы строите эту сеть. Если для своего маленького офиса, то вы рискуете только тем, что сотрудники будут ежедневно жаловаться вам на неустойчивую работу всех сетевых приложений. 
Если же для клиентов, то вам придется здорово извернуться, чтобы доказать ему работоспособность такой сети. Первые трудности у вас возникнут с тестированием СКС. Как правило, в память полевых тестеров и сетевых анализатор зашивается информация о стандартных параметрах кабелей и требованиях стандартов к характеристикам сетей. Вам придется здорово помучиться, чтобы заставить тестер сказать вам «Pass» (Прошел), хотя бы по некоторым параметрам. Во-вторых, такая СКС никогда не будет сертифицирована, так как по принципу «обратной совместимости» пропускная способность сети определяется параметрами наиболее узкополосного компонента. 
И даже если вы применяете качественное соединительное и активное оборудование, общая пропускная способность сети будет явно низкой. Самое смешное, что при небольшой протяженности горизонтального участка такая сеть кое-как работать будет, но скорость обмена … В общем, вам буде стыдно смотреть в глаза этому клиенту.
А уж каким «незлым тыхым словом» помянет вас клиент через пару лет… Сначала, из-за ускоренного старения некачественных материалов начнут все чаще возникать мелкие неполадки, типа проблем с патч-кордами. А потом, когда через 3-4 года все его соседи имеющие линии с небольшими горизонтальными участками (до 50-60 м) будут искать активное оборудование, чтобы перейти на технологию со скоростью передачи на порядок выше (10GBASE-T) без замены кабеля, он будет искать работников, которые поснимали бы у него весь кабель и отнесли на ближайший мусорник!
Итак, какой же вывод? Как учит нас великий Интернет: нужно брать качественный кабель, с параметрами соответствующими ISO/IEC 11801 TIA/EIA-568B если вы действительно строите локальную сеть и хотите получить как минимум Gigabit Ethernet. А если вам нужно проложить по квартире 5 метров до компьютера или заменить истлевшую бельевую веревку или связать чем-то картонные ящики в гараже, то я вам очень рекомендую брать дешевый кабель UTP категории 5е. Лучше не придумаете!
Отдел волоконно-оптических технологий и кабельных сетей, компания "ДЕПС"
