معرفی انواع کابل شبکه و کاربرد هر کدام

انتخاب کابل شبکه، بخش مهمی از طراحی شبکه است. نرخ داده مورد نیاز، هزینه و فاصله، همگی بر انتخاب کابل مناسب تاثیرگذارند. برخی از اتصالات به یک نوع کابل خاص نیاز دارند اما برخی دیگر می‌توانند از میان طیف وسیعی از انتخاب‌ها، انتخاب شوند.

خدمات شبکه، مانند اشتراک‌گذاری فایل، دسترسی به اینترنت، چاپ و ایمیل، همگی از طریق زیرساخت شبکه به کاربران نهایی ارائه می‌شوند. این زیرساخت معمولاً شامل سوییچ‌ها، روترها و زیربنای همه آن‌ها کابل‌کشی شبکه است که یکی از قدیمی‌ترین و ضروری‌ترین اجزای معماری شبکه محسوب می‌شود.

تاریخچه کلی کابل‌های شبکه

ارتباطات دیجیتال ایده جدیدی نیست. در سال 1844، Samuel Morse با استفاده از اختراع خود، تلگراف، پیامی را در فاصله 37 مایلی از واشنگتن دی‌سی، به بالتیمور فرستاد. با این‌که ممکن است این کار دور از شبکه‌های کامپیوتری فعلی به نظر برسد، اما اصول آن یکسان است.

کد Morse نوعی سیستم باینری است که از نقطه و خط تیره در دنباله‌های مختلف برای نمایش حروف و اعداد استفاده می‌کند. شبکه‌های داده امروزی از یک و صفر برای این کار استفاده می‌کنند.

تفاوت بزرگ بین حال و آن زمان سرعت انتقال داده‌ها است. اپراتورهای تلگراف در اواسط قرن نوزدهم می‌توانستند در هر ثانیه چهار یا پنج نقطه و خط تیره را مخابره کنند. رایانه‌ها اکنون می‌توانند با سرعت 100 گیگابیت در ثانیه یا به عبارت دیگر، 100،000،000،000 یک و صفر جداگانه در هر ثانیه ارسال کنند.

اگرچه تلگراف و دستگاه تله تایپ پیشگامان صنعت ارتباطات داده بودند، اما کامپیوترها با سرعت فزاینده‌ای پیشرفت کردند. این پیشرفت باعث توسعه سریع‌تر تجهیزات شبکه شد. در این فرآیند به کابل‌هایی با مشخصات بالاتر و سخت افزاری برای اتصال نیاز بود.

در این مقاله انواع اصلی کابل‌کشی شبکه و ویژگی‌های مختلف آن‌ها را بررسی خواهیم کرد.

1- کابل کواکسیال

کابل کواکسیال یا کواکس یکی از گزینه‌های کابل‌کشی شبکه است. در این کابل یک هسته رسانای داخلی توسط یک لایه رسانا و محافظ احاطه شده است. این لایه محافظ توسط یک لایه محافظ بیرونی پوشش داده می‌شود.

هسته‌ای که سیگنال‌ها را حمل می‌کند، از جنس مس جامد، کابل فولادی محافظ‌دار مسی یا مس تابیده است. روکش‌های هسته و رسانا در حالت دیفرانسیل عمل می‌کنند تا هم از انتشار تداخل الکترومغناطیسی و هم از نفوذ تداخل خارجی جلوگیری کنند.

کواکس قدمت طولانی دارد. در اواسط قرن نوزدهم، برای کابل‌کشی در زیر دریا استفاده می‌شد. امروزه در طیف وسیعی از کاربردها، از جمله پهنای‌باند مسکونی، خطوط تلفن، و اتصال به پخش کننده‌های رادیویی و تلویزیونی استفاده می‌شود.

در مراکز داده، کواکس اغلب برای اتصالات کانال فیبر بین سرورها و درایوهای دیسک استفاده می‌شود. مقاومت آن در برابر نویز الکتریکی، آن را در محیط‌های پر سر و صدا مانند تاسیسات صنعتی به یک انتخاب ارزشمند تبدیل می‌کند.

توسعه اترنت

اولین استاندارد اترنت از کابل کواکس استفاده می‌کرد. اترنت در اواسط دهه 1970 توسط Robert Metcalfe و David Boggs در مرکز تحقیقات Xerox’s Palo Alto در کالیفرنیا توسعه یافت.

در سال 1979، Digital Equipment Corp و Intel برای استانداردسازی سیستم اترنت با Xerox متحد شدند. اولین مشخصات توسط این سه شرکت، به نام Ethernet Blue Book، در سال 1980 منتشر شد. همچنین به عنوان استاندارد DIX، از ترکیب حروف اول هر سه شرکت نیز شناخته می‌شود.

این استاندارد نیازمند سرعتی تا 10 مگابیت بر ثانیه بود. 10 مگابیت در ثانیه معادل 10 میلیون صفر و یک در ثانیه است. استاندارد اترنت بر یک کابل کواکس بزرگ به عنوان ستون فقرات که در سرتاسر ساختمان قرار گیرد و کابل‌های کواکس کوچکتر در فواصل 2.5 متری (متر) برای اتصال به ایستگاه‌های کاری، متکی است. کواکس بزرگ‌تر که معمولاً زرد بود به عنوان اترنت ضخیم یا 10Base-5 شناخته می‌شد.

خلاصه‌ای از عبارت 10Base-5 به شرح زیر است:

• 10 به سرعت 10 مگابیت در ثانیه اشاره دارد.
• Base به سیستم baseband اشاره دارد که از تمام پهنای‌باند خود برای هر انتقال استفاده می‌کند. baseband پهنای‌باند را به کانال‌های جداگانه تقسیم می‌کند تا بتواند به طور همزمان از آن‌ها استفاده کنند.
• 5 به حداکثر طول کابل سیستم در این مورد 500 متر اشاره دارد.

در سال 1983، موسسه مهندسین برق و الکترونیک (IEEE) استاندارد رسمی اترنت را منتشر کرد. این استاندارد پس از نام گروه کاری مسئول توسعه آن IEEE 802.3 نام گرفت.

نسخه 2، IEEE 802.3a، در سال 1985 منتشر شد. نسخه 2 معمولاً به عنوان Thin Ethernet یا 10Base-2 شناخته می‌شود. در این نسخه، حداکثر طول 185 متر است، اگرچه پیشنهاد می‌شود که 200 متر باشد. از سال 1985 استانداردهای مختلف اترنت معرفی شدند.

– کابل Twinax

کابل Twinax شبیه به کواکس است، اما هسته Twinax بجای یک هسته، از دو سیم تشکیل شده است. Twinax ، اترنت با نرخ داده بالاتر و با هزینه کمتری نسبت به فیبر را انتقال می‌دهد.

Passive Twinax از اتصالات مسافت کوتاه پشتیبانی می‌کند. Active Twinax شامل اجزایی است که قدرت سیگنال را افزایش می‌دهند و اتصال در فواصل طولانی را امکان‌پذیر می‌کنند.

– کابل‌های Triax و quadrax

کابل‌های Triax و quadrax نیز مشابه کواکس هستند. آن‌ها معمولا برای اتصالات تلویزیون استفاده می‌شوند اما می‌توانند اترنت گیگابیت را نیز حمل کنند.

هسته Triax شبیه کواکس است، اما دارای یک لایه عایق اضافی و لایه محافظ است. هسته quadrax دارای چهار سیم مجزا است. هر دوی آن‌ها دارای لایه‌های عایق و محافظ اضافی هستند که امکان انتقال سیگنال‌های اضافی یا انتقال توان را فراهم می‌کنند.

2- کابل‌های زوج سیم تابیده

کابل‌کشی زوج سیم تابیده که در ابتدا توسط الکساندر گراهام بل برای انتقال سیگنال‌های تلفن اختراع شد، رایج‌ترین نوع کابل‌کشی شبکه است.

زوج سیم تابیده از سیم‌های مسی استفاده می‌کند و همانطور که از نامش پیداست، به صورت جفت به هم تابیده شده‌اند. پیچش هر جفت کابل تضمین می‌کند که هرگونه تداخل ایجاد شده روی یک کابل توسط زوج سیم دیگری که به دور آن پیچیده شده، خنثی می‌شود. همچنین تاباندن دو سیم باعث کاهش تشعشعات الکترومغناطیسی ساطع شده از مدار می‌شود.

دو نوع سیم‌کشی زوج سیم تابیده وجود دارد:

1. زوج سیم تابیده محافظ دار (STP)
2. زوج سیم تابیده بدون محافظ (UTP)

– زوج سیم تابیده محافظ دار

در STP سیم‌های مسی ابتدا با عایق پلاستیکی پوشانده می‌شوند. یک پوشش فلزی که از فویل یا نوار فلزی تشکیل شده، جفت عایق شده را احاطه می‌کند. در جایی که تشعشعات الکترومغناطیسی مسئله‌ای جدی است، هر جفت سیم می‌تواند به طور جداگانه علاوه بر پوشش بیرونی، در یک پوشش دیگر نیز قرار داده شود که به عنوان جفت پیچ خورده فویل (FTP) شناخته می‌شود.

10Mbps و 100Mbps از دو جفت کابل برای انتقال اترنت استفاده می‌کنند. توان عملیاتی گیگابیتی به استفاده از چهار جفت سیم نیاز دارد.

– زوج سیم تابیده بدون محافظ

کابل UTP محبوب‌ترین نوع کابل شبکه است. نصب، گسترش و عیب‌یابی آن آسان است. کابل‌های UTP معمولاً شامل چهار جفت سیم مسی هستند که هر جفت شامل دو سیم است که به هم پیچیده شده‌اند. این جفت‌ها با عایق پلاستیکی پوشانده شده‌اند. آن‌‌ها هیچ محافظی ندارند و فقط دارای یک لایه بیرونی هستند.

اکثر انواع کابل‌های زوج سیم تابیده به عنوان UTP در دسترس هستند. اما برخی انواع جدیدتر نیز در ترکیبی از محافظ دار، فویل محافظ دار و بدون محافظ، وجود دارند.

دسته‌بندی کابل‌های زوج سیم تابیده

مؤسسه استاندارد ملی آمریکا و کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیکی (بخشی از سازمان بین‌المللی استاندارد)، مجموعه‌ای از استانداردها یا دسته‌بندی‌ها را برای زوج سیم تابیده ارائه کردند.

در حال حاضر هشت دسته کابل وجود دارد. این دسته‌بندی‌ها نوع سیم‌های مسی و jackها را مشخص می‌کنند. اعداد 1، 3، 5 و غیره به مشخصات و تعداد پیچش‌های داخل سیم اشاره دارد.

دسته 1، یا Cat1 و Cat2 به طور رسمی استاندارد نشده بودند، اما استانداردهای عملی در طول زمان توسعه یافتند.

• کابل Cat1

Cat1 معمولا برای سیم تلفن و ارتباطات صوتی استفاده می‌شود. این نوع سیم قابلیت پشتیبانی از ترافیک شبکه کامپیوتری را ندارد و تابیده شده نیست.

شرکت‌های مخابراتی می‌توانند از Cat1 برای ارائه سرویس‌های شبکه دیجیتال، سرویس‌های یکپارچه و خدمات شبکه تلفن سوئیچ شده عمومی استفاده کنند. در چنین مواردی سیم‌کشی بین مکان مشتری و شبکه اپراتور مخابراتی با استفاده از کابل Cat1 انجام می‌شود. همچنین در حال حاضر از Cat1 برای برخی از شبکه‌های IoT با سرعت داده پایین استفاده می‌شود.

• کابل Cat2

کابل‌های Cat2 نوعی از کابل شبکه هستند که از چهار جفت سیم مسی تابیده استفاده می‌کنند. این نوع سیم‌ها می‌توانند ترافیک شبکه کامپیوتری و تلفن را پشتیبانی کنند. Cat2 بیشتر برای شبکه‌های حلقوی استفاده می‌شود و سرعت تا 4Mbps را پشتیبانی می‌کند. برای سرعت‌های بالاتر شبکه، 100Mbps یا بالاتر، باید از Cat5e یا بالاتر استفاده شود.

• کابل Cat3

کابل‌های Cat3 دارای چهار جفت سیم مسی پیچ خورده هستند. Cat3 برای پشتیبانی از اترنت اولیه 10Mbps، معمولاً برای شبکه‌های حلقوی استفاده می‌شد. اگرچه سرعت 10 Mbps تقریباً منسوخ شده است، اما برخی همچنان از Cat3 استفاده می‌کنند.

• کابل Cat4

کابل‌های Cat4 دارای چهار جفت سیم مسی تابیده هستند و همانند کابل‌های Cat3، کابل‌های Cat4 برای شبکه‌های حلقوی استفاده می‌شود. با وجودی که Cat3 حداکثر سرعت 10Mbps را پشتیبانی می‌کند، Cat4 این محدودیت را تا 16Mbps افزایش داد. هر دو دارای محدودیت طول 100 متر هستند. Cat4 به صورت گسترده استفاده نمی‌شود.

• کابل Cat5 و Cat5e

کابل‌های Cat5 چهار جفت سیم مسی تابیده دارند. Cat5 نسبت به Cat3 پیچش‌های بیشتری در هر اینچ دارد، بنابراین می‌تواند با سرعت‌های بالاتر و طول‌های بیشتر کار کند.

کابل محبوب Cat5 تا حد زیادی با Cat5e جایگزین شده است. Cat5e تداخلات متقابل را بهبود داده و تا سرعت 1Gbps را پشتیبانی می‌کند.

UTP-Cat5e یکی از محبوب‌ترین کابل‌های UTP است. این کابل جایگزین کابل‌های کواکس قدیمی شد که نمی‌توانستند با نیاز روزافزون به شبکه‌های سریع‌تر و امن‌تر هماهنگ شوند.

Cat5e پرکاربردترین نوع کابل‌کشی شبکه در سراسر جهان بوده و مقرون‌به‌صرفه است. برخلاف کابل‌های دسته‌بندی که در ادامه می‌آیند، زمانی که دستورالعمل‌های قطع و بکارگیری کابل رعایت نمی‌شوند، از آن‌ها چشم‌پوشی می کند.

Cat5 و Cat5e بیشتر برای اترنت 10Mbps و 100Mbps استفاده می‌شوند.

• کابل Cat6 و Cat6a

کابل Cat6 در ابتدا برای پشتیبانی از گیگابیت اترنت طراحی شده بود، اگرچه استانداردهای دیگر، انتقال گیگابیت از طریق کابل Cat5e را امکان‌پذیر می‌کنند. Cat6 شبیه Cat5e است، اما دارای یک جداکننده فیزیکی بین چهار جفت برای کاهش بیشتر تداخل الکترومغناطیسی است.

Cat6 می‌تواند از سرعت 1Gbps برای طول تا 100 متر پشتیبانی کند. همچنین از سرعت 10Gbps برای طول حداکثر 55 متر پشتیبانی می‌کند. Cat6 از فرکانس‌های پهنای‌باند تا 250 مگاهرتز استفاده می‌کند.

هنگام نصب کابل‌های جدید Cat6، به این نکته توجه داشته باشید که تمام اجزای کابل‌کشی شامل jack ها، patch panel ها، patch cord ها و سایر موارد باید دارای گواهینامه Cat6 باشند.

این امر مستلزم آن است که متخصصان شبکه در مورد خاتمه صحیح انتهای کابل دقت کنند. سازمان‌هایی که از کابل Cat6 برای شبکه استفاده می‌کنند باید بررسی کامل و دقیقی را با استفاده از آنالیزور کابل تایید شده انجام دهند تا مطمئن شوند که نصب طبق دستورالعمل‌ها و استانداردهای Cat6 انجام شده است.

در سال 2009، Cat6a به عنوان یک کابل با مشخصات بالاتر معرفی شد که ایمن‌سازی بهتری را در برابر تاثیرات متقابل و تداخل الکترومغناطیسی ارائه می‌دهد. همچنین پهنای‌باند بهتری را با استفاده از فرکانس‌های تا 500MHz ارائه می‌کند، از 10Gbps پشتیبانی می‌کند و طول کابل آن تا 100 متر است.

• کابل Cat7

Cat7 یک نوع کابل مسی است که برای پشتیبانی از سرعت 10Gbps در طول حداکثر 100 متر طراحی شده است. برای دستیابی به این هدف، Cat7 از FTP برای چهار جفت محافظ جداگانه، به علاوه یک محافظ کابل اضافی برای محافظت از سیگنال‌ها در برابر تاثیرات متقابل و تداخل الکترومغناطیسی استفاده می‌کند.

به دلیل سرعت بسیار بالای داده، تمام اجزای مورد استفاده در طول نصب زیرساخت کابل‌کشی شبکه Cat7 باید دارای گواهی Cat7 باشند که شامل patch panel ها، patch cord ها، jack ها و کانکتورهای RJ-45 می‌شود.

عدم وجود قطعات دارای گواهینامه Cat7 عملکرد کلی را کاهش می‌دهد و منجر به عدم موفقیت در هر تست گواهینامه Cat7، مثلا استفاده از آنالیزور کابل، می‌شود زیرا به احتمال زیاد استانداردهای عملکرد Cat7 برآورده نمی‌شوند.

Cat7 معمولاً در مراکز داده برای اتصالات ستون فقرات بین سرورها، سوئیچ‌های شبکه و دستگاه‌های ذخیره‌سازی استفاده می‌شود.

• کابل Cat8

Cat8 یک نوع جدیدتر از کابل‌های زوج سیم تابیده است که با سرعت و مقیاس فیبر نوری رقابت بهتری دارد. حداکثر سرعت داده 40Gbps  است و از کانکتورهای RJ-45 استفاده می‌کند. از فرکانس 2GHz یا 2,000MHz استفاده می‌کند که نسبت به 600 مگاهرتز Cat7 افزایش یافته است.

کابل‌های Cat8 معمولاً در محیط‌های مرکز داده استفاده می‌شوند. آن‌ها با استانداردهای قبلی سازگارند و از Power over Ethernet (PoE) پشتیبانی می‌کنند.

PoE نیاز به استفاده از سیم برق مجزا برای دستگاه‌هایی مانند اکسس پوینت‌ها که در سقف نصب‌ می‌شوند را برطرف می‌کند. برای سرعت داده پایین، کابل‌های PoE با استفاده از زوج سیم‌هایی که مورد نیاز اترنت نیست، برق را تامین می‌کنند.

برای نرخ‌های بالاتر، جایی که از هر چهار جفت استفاده می‌شود، PoE جریان مستقیم را به سیم‌های حامل سیگنال اضافه می‌کند، بدون اینکه با سیگنال‌ها تداخل داشته باشد.

3- کابل فیبر نوری

در مواردی که نرخ داده در سراسر شبکه افزایش یافته است، تنها گزینه ممکن فیبر نوری است. با وجودی که کابل‌های زوج سیم تابیده Cat8 می‌توانند تا 40Gbps داده را حمل کنند، فیبر از سرعت انتقال داده تا 400Gbps پشتیبانی می‌کند. در حال حاضر تحقیقات برای آزمایش 800Gbps در حال انجام است.

کابل‌های فیبر نوری از یک فیبر نوری نازک تشکیل شده‌اند که در روکشی قرار گرفته‌اند. روکش فلزی از شیشه‌ای ساخته می‌شود که خلوص کمتر و ضریب شکست کمتری نسبت به هسته دارد. تفاوت در ضریب شکست باعث می‌شود که نور در محدوده منعکس شود. لایه‌های اضافی، مانند لایه بافر و پوشش، روکش فلزی را احاطه کرده‌اند تا استحکام بیشتری داشته باشد و کابل را در برابر آسیب محافظت کنند.

فیبر دارای ضریب خطای پایینی است. داده‌های شبکه در یک باریکه نور کدگذاری می‌شوند. برخلاف زوج سیم تابیده، باریکه نور نه تداخلی ایجاد می‌کند و نه تحت تأثیر تداخل الکترونیکی قرار می‌گیرد. علاوه بر این، جریان‌های داده فرکانس چندگانه را می‌توان روی یک فیبر تکی multiplex کرد تا نرخ کل داده را افزایش دهد.

فیبر چند حالته و فیبر تک حالته

نوع فیبر نوری بر اساس قطر الیاف آن متفاوت است. فیبر نوری چند حالته از 50 میکرون تا 100 میکرون (10-4 متر) متغیر است. در کابل تک حالته، قطر فیبر نوری تنها 8 میکرون تا 10.5 میکرون است.

هزینه ساخت و نصب کابل چند حالته نسبت به تک حالته کمتر است، اما از نظر سرعت داده و فاصله محدود است. نوع چند حالته می‌تواند با سرعت 100Gbps برای 150 متر انتقال دهد، نوع تک حالته می‌تواند تا 10 کیلومتر سرعت 400Gbps و برای مسافت‌های بیشتر سرعت کمتری داشته باشد.

عملکرد بین فیبر چند حالته و تک حالته به دلیل نحوه عبور نور از هر کدام متفاوت است. فیبر بزرگ‌تری که در نوع چند حالته استفاده شده است، باعث می‌شود باریکه نور از فیبر و محدوده روکش با زاویه تندتری نسبت به هسته نازک‌تر تک حالته منعکس شود.

هسته نازک‌تر تک حالته باعث می‌شود فاصله بین بازتاب‌ها کمتر شود. وقتی انعکاس‌ها بیشتر باشد، تلفات و شکست نیز بیشتر خواهد شد.

جمع‌بندی: هیچ انتخابی دائمی نیست

هیچ نوع کابلی برای همه جا مناسب نیست. نرخ داده‌های پشتیبانی شده، هزینه نصب و هماهنگی با نیازهای آتی سازمان باید برای هر کاربرد در نظر گرفته شود. هزینه‌های نگهداری مداوم نیز باید به عنوان یک عامل تاثیرگذار در نظر گرفته شود.

به یاد داشته باشید، هیچ انتخابی دائمی نیست. همانطور که سازمان‌ها به صورت دوره‌ای سرورها و ایستگاه‌های کاری را تعویض می‌کنند، می‌توانند در انتخاب فناوری اتصال خود برای ارتقاء شبکه نیز تجدید نظر کنند.