Quali sono i diversi tipi di cavi di rete?

La selezione dei cavi è una parte cruciale della progettazione della rete. Velocità dati, costo e distanza richiesti dettano la gamma di scelte per ogni connessione. Alcune connessioni richiedono un’opzione cavo evidente. Ma altri possono scegliere tra una gamma di possibili selezioni.

I servizi di rete, come la condivisione di file, l’accesso a Internet, la stampa e la posta elettronica, vengono tutti consegnati agli utenti finali tramite l’infrastruttura di rete. Questa infrastruttura di solito include switch, router e-alla base di tutto-il cablaggio di rete, uno dei componenti più antichi e essenziali dell’architettura di rete.

Una rapida cronologia dei cavi di rete

La comunicazione digitale non è esattamente una nuova idea. Nel 1844, Samuel Morse inviò un messaggio a 37 miglia da Washington a Baltimora, usando la sua invenzione, il telegrafo. Questo può sembrare un grido lontano dalle attuali reti di computer, ma i principi sono gli stessi.

Il codice Morse è un tipo di sistema binario che utilizza punti e trattini in diverse sequenze per rappresentare lettere e numeri. Le moderne reti di dati utilizzano uno e zero per ottenere lo stesso risultato.

La grande differenza tra ora e poi è la velocità con cui i dati vengono trasmessi. Gli operatori telegrafici della metà del 19 ° secolo potrebbero trasmettere forse quattro o cinque punti e trattini al secondo. I computer possono ora comunicare a velocità fino a 100 Gbps or o, in altre parole, 100.000.000.000 di uno e zero separati ogni secondo.

Sebbene il telegrafo e il telescrivente fossero i precursori delle comunicazioni dati, i computer avanzavano con velocità sempre crescenti. Questo progresso ha guidato lo sviluppo di apparecchiature di rete più veloci. Nel processo, sono stati necessari cavi con specifiche più elevate e hardware di collegamento.

Esaminiamo i principali tipi di cablaggio di rete e le diverse opzioni disponibili con tali cavi.

Cavo coassiale

Cavo coassiale, o coassiale, è un’opzione per il cablaggio di rete. Un nucleo conduttivo interno è circondato da uno strato conduttivo e schermante. Questo strato di schermatura è quindi circondato da uno strato protettivo esterno.

Il nucleo che trasporta i segnali è in rame massiccio, cavo in acciaio schermato in rame o rame intrecciato. Gli scudi core e conduttivi funzionano in modalità differenziale per prevenire sia l’emissione di interferenze elettromagnetiche che l’intrusione di interferenze esterne.

Coassiale ha una lunga storia. A metà del 19 ° secolo, è stato utilizzato per il cablaggio sottomarino. Oggi, è utilizzato in una vasta gamma di applicazioni, tra cui banda larga residenziale, linee telefoniche, e collegamenti a emittenti radio e TV.

All’interno dei data center, coax viene spesso utilizzato per le connessioni fiber channel tra server e unità disco. La sua resistenza al rumore elettrico lo rende prezioso in ambienti rumorosi, come gli impianti industriali.

Sviluppo di Ethernet

Il primo standard Ethernet utilizzato cablaggio coassiale. Ethernet è stato sviluppato a metà degli anni 1970 da Robert Metcalfe e David Boggs al Palo Alto Research Center di Xerox in California. Nel 1979, Digital Equipment Corp. e Intel hanno unito le forze con Xerox per standardizzare il sistema Ethernet. La prima specifica da parte delle tre società, chiamato Ethernet Blue Book, è stato rilasciato nel 1980. Era anche conosciuto come DIX standard, dalle iniziali delle società.

Quello standard richiedeva velocità fino a 10 Mbps equals 10 Mbps equivale a 10 milioni di uno e zero al secondo. Lo standard Ethernet si basava su un grande cavo dorsale coassiale che correva in tutto l’edificio, con cavi coassiali più piccoli sfruttati a intervalli di 2,5 metri (m) per connettersi alle workstation. Il coassiale più grande, che di solito era giallo, divenne noto come Thick Ethernet o 10Base-5.

Di seguito è riportata una ripartizione del termine 10Base-5:

• 10 si riferisce alla velocità Mbps 10 Mbps.
• Base si riferisce al sistema in banda base. Baseband utilizza tutta la sua larghezza di banda per ogni trasmissione. Al contrario, la banda larga divide la larghezza di banda in canali separati da utilizzare contemporaneamente.
• 5 si riferisce alla lunghezza massima del cavo del sistema 5 in questo caso, 500 m.

Nel 1983, l’Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ha rilasciato lo standard Ethernet ufficiale. Si chiamava IEEE 802.3, dopo il nome del gruppo di lavoro responsabile del suo sviluppo.

La versione 2, IEEE 802.3 a, è stata rilasciata nel 1985. Questa seconda versione è comunemente conosciuta come Thin Ethernet, o 10Base-2. In questa versione, la lunghezza massima è di 185 m, anche se il 2 suggerisce che dovrebbe essere 200 m. Dal 1985 sono stati introdotti vari standard Ethernet.

Cavo Twinax

Il cavo Twinax è simile al cavo coassiale, ma invece di un singolo nucleo, il nucleo twinax è costituito da due fili. Twinax porta Ethernet ad alta velocità di trasmissione dati ad un costo inferiore rispetto alla fibra.

Twinax passivo supporta connessioni a breve distanza. Active twinax include componenti che aumentano la potenza del segnale, consentendo connessioni a più lunga distanza.

Cavi Triax e quadrax

Anche i cavi Triax e quadrax sono simili ai cavi coassiali. Sono più spesso utilizzati per le connessioni TV, ma possono anche trasportare Gigabit Ethernet.

Il nucleo triax è simile al coassiale, ma ha uno strato isolante aggiuntivo e uno strato di schermatura. Un nucleo quadrax ha quattro singoli fili. Sia triax che quadrax hanno gli strati di isolamento e schermatura aggiuntivi, che consentono la trasmissione di segnali aggiuntivi o di potenza di trasporto.

Twisted pair

Originariamente inventato da Alexander Graham Bell per trasportare i segnali telefonici, cablaggio twisted-pair è la scelta più comune per i cavi di rete.

Twisted pair utilizza fili di rame che sono, come suggerisce il nome, intrecciati insieme a coppie. L’effetto twist di ogni coppia nei cavi assicura che qualsiasi interferenza presentata o rilevata su un cavo venga annullata dal partner del cavo che si attorciglia attorno al cavo iniziale. Torcendo i due fili si riduce anche la radiazione elettromagnetica emessa dal circuito.

Twisted pair cablaggio è disponibile in due tipi:

1. doppino ritorto schermato (STP)
2. doppino ritorto non schermato (UTP)

Twisted pair schermato

In STP, i fili di rame sono prima coperti da isolamento in plastica. Uno scudo metallico, costituito da lamina metallica o treccia, circonda il fascio di coppie isolate. Dove la radiazione elettromagnetica è un problema serio, ogni coppia di fili può essere schermata individualmente in aggiunta allo schermo esterno. Questo è noto come foil twisted pair (FTP).

10 Mbps e 100 Mbps utilizzano due coppie di cavi per trasmettere Ethernet. Il throughput Gigabit richiede l’uso di tutte e quattro le coppie.

Doppino ritorto non schermato

Il cavo UTP è il tipo più popolare di cavo di rete. È facile da lavorare, installare, espandere e risolvere i problemi. Cavi UTP tipicamente contengono quattro coppie di fili di rame, con ogni coppia contenente due fili intrecciati insieme. Queste coppie sono coperte da isolamento in plastica. Non hanno alcuna schermatura e hanno solo una giacca esterna.

La maggior parte delle categorie di cavi twisted-pair sono disponibili come UTP. Ma alcune categorie più recenti sono disponibili anche in combinazioni di schermato, lamina schermato e non schermato.

Categorie di cavi twisted-pair

L’American National Standards Institute e la Commissione elettrotecnica internazionale, parte dell’Organizzazione internazionale per la standardizzazione, hanno stabilito una serie di standard, o categorie, per twisted pair. Categoria 1, o Cat1, e Cat2 non sono stati ufficialmente standardizzati, ma de facto standard sviluppati nel corso del tempo. Otto categorie di cavi sono attualmente disponibili.

Queste categorie specificano il tipo di filo di rame e jack. Il numero – 1, 3, 5 e così via-si riferisce alla revisione delle specifiche e al numero di torsioni all’interno del filo-cioè alla qualità della connessione in un jack.

Cat1

Cat1 è tipicamente utilizzato per le comunicazioni telefoniche e vocali. Questo tipo di cavo non è in grado di supportare il traffico di rete del computer e non è attorcigliato.

Le società di telecomunicazioni possono utilizzare Cat1 per fornire servizi integrati di rete digitale e servizi pubblici di rete telefonica commutata. In questi casi, il cablaggio tra il sito del cliente e la rete dell’operatore di telecomunicazioni viene eseguito utilizzando un cavo di tipo Cat1. Cat1 è ora utilizzato anche per alcune reti IoT a bassa velocità di trasmissione dati.

Cat2

I cavi Cat2 sono specifiche del cavo di rete, utilizzando quattro coppie di fili di rame ritorti. Questi tipi di fili possono supportare la rete di computer e il traffico telefonico. Cat2 è utilizzato principalmente per reti token ring e supporta velocità fino a 4 Mbps. Per velocità di rete più elevate must 100 Mbps o superiore Cat Cat5e o superiore deve essere utilizzato.

Cat3

I cavi Cat3 sono quattro coppie di fili di rame ritorti. Cat3 è stato utilizzato per supportare l’iniziale 10 Mbps Ethernet, in genere per le reti token ring. Sebbene le velocità di 10 Mbps siano quasi estinte, alcune implementazioni utilizzano ancora Cat3.

Cat4

I cavi Cat4 sono quattro coppie di fili di rame ritorti. Come con i cavi Cat3, Cat4 viene utilizzato per reti token ring. Mentre Cat3 fornisce il supporto di un massimo di 10 Mbps, Cat4 spinto il limite fino a 16 Mbps. Entrambe le categorie hanno un limite di lunghezza di 100 m. Cat4 non è ampiamente utilizzato.

Cat5 e Cat5e

I cavi Cat5 sono quattro coppie di fili di rame ritorti. Cat5 ha più colpi di scena per pollice rispetto a Cat3, quindi può funzionare a velocità più elevate e lunghezze maggiori.

Il più popolare filo Cat5 è stato in gran parte sostituito dalla specifica Cat5e. Cat5e fornisce specifiche crosstalk migliorate, consentendo di supportare velocità fino a 1 Gbps.

UTP-Cat5e è uno dei cavi UTP più popolari. Ha sostituito i vecchi cavi coassiali che non erano in grado di tenere il passo con la crescente necessità di reti più veloci e affidabili. Cat5e è il tipo più ampiamente usato di specificazione di cablaggio della rete universalmente ed è redditizio. A differenza dei cavi di categoria che seguono, è indulgente quando le linee guida di terminazione e distribuzione del cavo non sono soddisfatte.

Cat5 e Cat5e sono più ampiamente utilizzati sia per 10 Mbps e 100 Mbps Ethernet.

Cat6 e Cat6a

Il cavo Cat6 è stato originariamente progettato per supportare Gigabit Ethernet, sebbene altri standard consentano la trasmissione gigabit su cavo Cat5e. Cat6 è simile al filo Cat5e, ma contiene un separatore fisico tra le quattro coppie per ridurre ulteriormente le interferenze elettromagnetiche.

Nessun tipo di cavo è appropriato ovunque.

Cat6 può supportare velocità di 1 Gbps per lunghezze fino a 100 m. Supporta anche 10 Gbps per lunghezze fino a 55 m. Utilizza frequenze di larghezza di banda fino a 250 MHz.

Quando si installano nuovi cavi Cat6, è importante notare che tutti i componenti di cablaggio-jack, pannelli patch, cavi patch e simili-devono essere certificati Cat6. Ciò richiede ai professionisti della rete di essere più cauti sulla corretta terminazione delle estremità del cavo. Le organizzazioni che eseguono installazioni utilizzando il cablaggio Cat6 dovrebbero richiedere un rapporto di prova completo, utilizzando un analizzatore di cavi certificato, per garantire che l’installazione sia stata eseguita secondo le linee guida e gli standard Cat6.

Nel 2009, Cat6a è stato introdotto come un cavo di specifica superiore, offrendo una migliore immunizzazione da diafonia e interferenze elettromagnetiche. Esso offre una maggiore larghezza di banda utilizzando frequenze fino a 500 MHz, supporta 10 Gbps e dispone di un cavo di lunghezza fino a 100 m.

Cat7

Cat7 è un cavo di rame specifica progettata per supportare velocità di 10 Gbps in lunghezze fino a 100 m. Per raggiungere questo obiettivo, il cavo utilizza FTP per quattro coppie schermate singolarmente), oltre a un ulteriore cavo scudo per proteggere i segnali di diafonia e di interferenze elettromagnetiche.

A causa di velocità di trasmissione dati estremamente elevate, tutti i componenti utilizzati durante l’installazione di un’infrastruttura di cablaggio di rete Cat7 devono essere certificati Cat7. Questo include pannelli patch, cavi patch, jack e connettori RJ-45. L’assenza di componenti certificati Cat7 degraderà le prestazioni complessive e porterà al fallimento di qualsiasi test di certificazione Cat7, ad esempio utilizzando un analizzatore di cavi, perché molto probabilmente gli standard di prestazioni Cat7 non sono soddisfatti.

Cat7 viene solitamente utilizzato nei data center per le connessioni backbone tra server, switch di rete e dispositivi di archiviazione.

Cat8

Cat8 è una nuova categoria di cavi twisted-pair che meglio compete con la velocità e la scala di fibra ottica. Ha una velocità massima di dati di 40 Gbps e utilizza connettori RJ-45. Utilizza la frequenza 2 GHz or o 2.000 MHz frequency, un aumento rispetto ai 600 MHz di Cat7.

I cavi Cat8 sono tipicamente utilizzati in ambienti di data center. Sono retrocompatibili con gli standard precedenti e supportano Power over Ethernet (PoE).

PoE elimina la necessità di eseguire un cavo di alimentazione separato ai dispositivi, come i punti di accesso installati a soffitto. Per basse velocità di trasmissione dati, i cavi PoE forniscono alimentazione utilizzando le coppie non necessarie da Ethernet. Per tassi più elevati, dove vengono utilizzate tutte e quattro le coppie, PoE aggiunge corrente continua ai fili che trasportano il segnale, senza interferire con i segnali.

Cavo in fibra ottica

Le velocità di trasmissione dati sono aumentate in tutta la rete e, in alcuni casi, la fibra ottica è l’unica opzione. Mentre i cavi twisted-pair Cat8 possono trasportare fino a 40 Gbps di dati, fiber supporta velocità di trasmissione dati fino a 400 Gbps. Il lavoro è attualmente in corso per testare 800 Gbps.

I cavi in fibra ottica sono costituiti da una sottile fibra ottica circondata da rivestimento. Il rivestimento è realizzato in vetro meno puro del nucleo e ha un indice di rifrazione inferiore rispetto al nucleo. La differenza negli indici di rifrazione fa sì che la luce venga riflessa al confine. Strati aggiuntivi, come lo strato tampone e lo strato di rivestimento, circondano il rivestimento per aggiungere resistenza e proteggere il cavo dai danni.

Fibra ha un basso tasso di errore. I dati di rete sono codificati in un fascio di luce. A differenza dei cavi twisted-pair, il fascio di luce non genera né è influenzato da interferenze elettroniche. Inoltre, i flussi di dati a più frequenze possono essere multiplexati su una singola fibra per aumentare la velocità totale dei dati.

Fibra mista contro fibra monomodale

I tipi della fibra differiscono dal diametro della fibra. La fibra ottica mista varia da 50 micron a 100 micron (10-4 m). In un cavo monomodale, la fibra ottica è di soli 8 micron a 10,5 micron di diametro.

Il cavo misto è meno costoso fare ed installare che il singolo modo, ma è limitato nel tasso di dati e nella distanza. Mentre multimode può trasportare 100 Gbps per 150 m, single mode può trasportare 400 Gbps per un massimo di 10 chilometri e tariffe più basse per distanze aggiuntive.

Le prestazioni variano tra fibra multimodale e monomodale a causa del modo in cui la luce viaggia attraverso ciascuna. La più grande fibra utilizzata in misto induce il fascio luminoso a riflettere dal bordo del rivestimento e della fibra ad un angolo più ripido che il centro più sottile nel singolo modo. Il nucleo più sottile della modalità singola riduce la distanza tra le riflessioni. Quando i riflessi sono più frequenti, le perdite sono maggiori al confine.

Nessuna scelta è permanente

Nessun tipo di cavo è appropriato ovunque. Velocità di trasmissione dati supportate, costo installato e adeguatezza futura devono essere considerati per ogni applicazione. Anche i costi di manutenzione continuativi dovrebbero essere un fattore.

Ricorda, nessuna scelta è permanente. Proprio come le organizzazioni sostituiscono periodicamente server e workstation, possono riconsiderare la loro scelta di tecnologia di connessione per ogni aggiornamento di rete.