انواع کابل شبکه + کاربرد، مزایا و تنوع هرکدام

مقدمه: کیفیت کابل کشی و سیم کشی شبکه یک سازمان تأثیر زیادی بر عملکرد شبکه دارد. اگر کابل کشی و سیم کشی شبکه به درستی انجام نشود، مشکلات تداخل، اتصال صوتی و داده را به همراه خواهد داشت. سیستم های کابل کشی شبکه با طراحی ضعیف، هم فرکانس و هم مدت زمان خرابی شبکه را افزایش می دهد، و به طور بالقوه خسارات جبران ناپذیری را برای شرکت ها به همراه خواهد داشت. موفقیت شبکه شما به اجرای دقیق و برنامه ریزی شده از ابتدا بستگی دارد. تیم کابل‌کشی و سیم‌کشی شبکه آکسایا تمام جنبه‌های لایه فیزیکی شبکه شما را از برنامه‌ریزی، طراحی، اجزاء و نصب تا ارائه یک پیاده‌سازی با کیفیت بالا و موفقیت‌آمیز پوشش می‌دهد. ما مفتخریم که با نصب درست سیستم های سیم کشی شبکه برای نیازهای شبکه موجود و آینده آنها همکاری می کنیم و همیشه در تلاش هستیم تا به روزترین فناوری را برای ایجاد یک پایه قوی برای شبکه با هزینه مناسب به ارمغان بیاوریم. اولویت اصلی ما درک اهداف مشتری و ارائه توصیه هایی بر اساس استانداردهای سازنده و تخصص تایید شده تیم ما است. در این مطلب به بررسی انواع کابل شبکه می پردازیم.

کابل شبکه چیست؟

برای اتصال چند کامپیوتر یا دستگاه در یک شبکه، از کابل های شبکه استفاده می شود. انواع کابل شبکه با کاربردهای مختلف موجود است که به طور کلی سه نوع کابل شبکه وجود دارد. کواکسیال (Coaxial)، زوج تابیده شده (Twisted Pairs) و فیبر نوری (Fiber Optic).

در حالی که شبکه‌های بی‌سیم در زمانی که توان عملیاتی کل مشکلی ندارد، آسان‌تر مستقر می‌شوند، اما اکثر شبکه‌های کامپیوتری بزرگ‌تر دائمی از کابل‌ها برای انتقال سیگنال‌ از یک نقطه به نقطه دیگر استفاده می‌کنند.

چندین فناوری برای اتصالات شبکه استفاده می شود. اتصالات الکتریکی با استفاده از کابل های زوج به هم تابیده یا کابل کواکسیال در داخل ساختمان استفاده می شود. کابل فیبر نوری برای فواصل طولانی یا برای کاربردهایی که به پهنای باند بالا یا ایزوله الکتریکی نیاز دارند استفاده می شود.

مطلب پیشنهادی: شبکه به زبان ساده چیست؟

تفاوت بین تار، کابل و سیم

اگرچه اصطلاحات تار، کابل و سیم گاهی اوقات به جای یکدیگر در مکالمات معمولی استفاده می شوند، اما در زمینه مهندسی برق و الکترونیک معانی متفاوتی دارند.
تار یک هادی منفرد است که از یک ماده رسانا مانند مس یا آلومینیوم ساخته شده است. تار برای انتقال جریان الکتریکی از یک نقطه به نقطه دیگر استفاده می شود. تار‌ها معمولاً به صورت قرقره یا کلاف فروخته می‌شوند و بسته به کاربرد مورد نظر در اندازه‌ها یا گیج‌های مختلفی در دسترس هستند.

از سوی دیگر، یک کابل از چندین تار یا هادی تشکیل شده است که به هم پیچیده یا بافته شده و توسط یک غلاف عایق احاطه شده اند. کابل ها برای انتقال نیرو یا سیگنال در فواصل طولانی تر طراحی شده اند و اغلب برای اتصال قطعات مختلف تجهیزات الکتریکی استفاده می شوند.

سیم نوعی کابل است که معمولا کوتاهتر و انعطاف پذیرتر از سایر انواع کابلها است. سیم ها اغلب برای اتصال دستگاه های قابل حمل یا لوازم خانگی به منبع برق استفاده می شوند. نمونه‌هایی از سیم‌ها عبارتند از سیم‌های داخلی، سیم‌های برق لپ‌تاپ و سیم‌های شارژ برای گوشی‌های هوشمند.

انواع کابل شبکه

همانطورکه گفته شد سه نوع کابل شبکه داریم.

• Twisted Pairs: زوج تابیده شده
• Coaxial: کواکسیال
• Fiber Optic: فیبر نوری

هرکدام ویژگی ها و کاربردهای مختلف دارند که در ادامه به صورت مفصل به بررسی انواع کابل شبکه نام برده شده می پردازیم.

کابل کواکسیال چیست؟

یکی از انواع کابل شبکه کابل کواکسیال می باشد. کابل کواکسیال نوعی کابل مسی است که با یک محافظ فلزی و سایر اجزای مهندسی شده برای جلوگیری از تداخل سیگنال ساخته شده است.

یک کابل کواکسیال یا کواکسی در درجه ی اول توسط شرکت ها برای اتصال تجهیزات آنتن های ماهواره ای به تلوزیون های کابلی منازل یا مشاغل مشتریان استفاده می شود. شرکت های تلفن نیز گاهی اوقات از کابل کواکس برای اتصال دفاتر مرکزی به تیرهای تلفن نزدیک مشتریان استفاده می کنند. برخی از خانه‌ها و ادارات از کابل کواکسیال استفاده می‌کنند، اما کابل‌کشی زوج به هم تابیده تا حد زیادی جایگزین استفاده ی گسترده کواکس به عنوان یک رسانه اتصال اترنت در شرکت‌ها و مراکز داده شده است.

کابل کواکسیال نام خود را به این دلیل دریافت کرد که شامل یک کانال فیزیکی است که سیگنال احاطه شده توسط کانال فیزیکی متحدالمرکز دیگری را حمل می کند و هر دو در امتداد یک محور حرکت می کنند. داخلی ترین کانال معمولا یک سیم مسی است که سپس توسط یک لایه عایق بین آن و کانال بیرونی احاطه می شود. کانال بیرونی تحت عنوان اِرت (Ground)، معمولاً به عنوان مش مسی عمل می کند. لایه دیگری از عایق هر دو کانال داخلی و خارجی را احاطه می کند. بسیاری از این کابل‌ها را می‌توان در یک پوشش بیرونی قرار داد و همراه با تکرارکننده‌ها، می‌تواند اطلاعات را تا مسافت زیادی حمل کند.

کابل کواکسیال به عنوان یکی از انواع کابل شبکه در سال 1880 توسط مهندس و ریاضیدان انگلیسی الیور هیوساید اختراع شد که در همان سال اختراع و طرح را به ثبت رساند. AT&T اولین سیستم انتقال کواکسیال بین قاره ای خود را در سال 1940 تأسیس کرد.

مطلب پیشنهادی: اتاق سرور استاندارد

نحوه کار کابل های کواکسیال

کابل های کواکسیال دارای لایه های متحدالمرکز از هادی های الکتریکی و مواد عایق هستند. این ساختار باعث می شود سیگنال ها در داخل کابل محصور شوند و از تداخل نویز الکتریکی با سیگنال جلوگیری شود.

لایه رسانای مرکزی، یک سیم رسانای نازک مسی جامد یا بافته است. یک لایه دی الکتریک ساخته شده از یک ماده عایق با ویژگی های الکتریکی کاملاً مشخص، سیم را احاطه کرده است. سپس یک لایه محافظ، لایه دی الکتریک را با فویل فلزی یا مش مسی بافته شده احاطه می کند. کل مجموعه در یک ژاکت عایق پیچیده شده است. لایه محافظ فلزی بیرونی کابل کواکسیال معمولاً در اتصالات در هر دو انتها به اِرت متصل می شود تا از سیگنال ها محافظت کند و به عنوان مکانی برای پخش سیگنال های تداخلی سرگردان است.

طراحی کابل کواکسیال به کنترل ابعاد و مواد کابل بستگی دارد. کنترل این عوامل به ایجاد یک مقدار ثابت برای امپدانس مشخصه یک کابل کواکس کمک می کند. سیگنال های فرکانس بالا تا حدی در عدم تطابق امپدانس منعکس می شوند و باعث ایجاد خطا می شوند.

امپدانس مشخصه به فرکانس سیگنال حساس است. برای بالاتر از 1 گیگاهرتز، سازنده کابل باید از دی الکتریکی استفاده کند که سیگنال را خیلی تضعیف نکند یا امپدانس مشخصه را طوری تغییر ندهد که بازتاب سیگنال ایجاد کند.

مشخصات الکتریکی کواکس به کاربرد آن بستگی دارد و برای عملکرد خوب به عنوان یکی از انواع کابل شبکه بسیار مهم است. دو امپدانس مشخصه استاندارد به شرح زیر است:

• 50 اهم، در محیط های با قدرت متوسط استفاده می شود.
• 75 اهم، مشترک برای اتصال به آنتن ها و تاسیسات مسکونی استفاده می شود.

مطلب پیشنهادی: خدمات پسیو شبکه

انواع کابل کواکسیال

خود کابل کواکسیال به عنوان یکی از انواع کابل شبکه تنوع زیادی دارد. درنتیجه انواع مختلفی از کابل های کواکسیال وجود دارد که برخی از آنها عبارتند از:

• کابل کواکسیال خط سخت

کابل کواکسیال خط سخت به لوله های مسی گرد و ترکیبی از فلزات به عنوان محافظ مانند آلومینیوم یا مس متکی است. این کابل ها معمولا برای اتصال فرستنده به آنتن استفاده می شوند.

• کابل سه محوری

کابل سه محوری دارای لایه سوم محافظ است که برای محافظت از سیگنال های ارسال شده به پایین کابل، به اِرت متصل شده است.

• کابل های کواکسیال خط صلب

کابل های کواکسیال خط صلب از لوله های مسی دوقلو تشکیل شده اند که به عنوان لوله های خم نشدنی عمل می کنند. این خطوط برای استفاده در فضای داخلی بین فرستنده های فرکانس رادیویی پرقدرت (RF) طراحی شده اند.

• کابل تابشی

کابل تابشی بسیاری از اجزای کابل سخت را تقلید می کند، اما با شیارهای تنظیم شده در محافظ مطابق با طول موج RF که کابل در آن کار می کند. معمولاً در آسانسورها، تجهیزات نظامی و تونل های زیرزمینی استفاده می شود.

کابل زوج به هم تابیده

یکی دیگر از انواع کابل شبکه کابل زوج  تابیده شده می باشد. همانطور که از نام آن پیداست، یک کابل زوج به هم تابیده از جفت سیم تشکیل شده است که مدار انتقال داده را تشکیل می دهند. سیم ها هادی های عایق هستند که عموماً از مس ساخته شده و به هم پیچیده شده اند. یک هادی برای حمل سیگنال و دیگری تنها به عنوان مرجع اِرت استفاده می شود.

مطلب پیشنهادی: خدمات پشتیبانی شبکه

دو هادی موازی دارای درجه بالایی از تداخل یا نویز هستند. سیم های زوج به هم تابیده به طور قابل توجهی تداخل در کابل های جفت مجاور را کاهش می دهد، هرگاه جریان الکتریکی از سیم عبور کند، میدان مغناطیسی در اطراف سیم ایجاد می شود. دو سیم مشابه که در یک مدار الکتریکی قرار گرفته اند، میدان های مغناطیسی مساوی و مخالف ایجاد می کنند. دو میدان مغناطیسی همدیگر را و همچنین هر میدان مغناطیسی خارجی را خنثی یا باطل می کنند. بنابراین، هنگامی که دو سیم پیچ خورده است، این اثر لغو را افزایش می دهد و خود محافظی برای جفت سیم ایجاد می کند.

انواع کابل های زوج به هم تابیده

کابل های Twisted Pairs نیز به عنوان یکی از انواع کابل شبکه داراری دو نوع می باشد.

1. زوج به هم تابیده بدون محافظ یا :UTP

کابل UTP دارای چهار جفت یا هشت سیم مسی با کد رنگی است که به هم تابیده شده و با یک غلاف پلاستیکی پوشانده شده است. تداخل الکترومغناطیسی آنها به دلیل اثر پیچش لغو می شود. کابل های UTP عمدتاً در شبکه های LAN، سیم های تلفن و کابل های اترنت استفاده می شوند.

2. جفت تابیده شیلددار یا :STP

کابل STP از تکنیک‌های پیچش سیم، محافظ و لغو استفاده می‌کند. هر جفت سیم در یک فویل فلزی پوشیده شده است. سپس چهار جفت سیم توسط یک نوار فلزی خارجی پوشانده می شود. کابل های STP هم در داخل کابل و هم از خارج کابل، تداخل را کاهش می دهند.

تفاوت UTP و STP

UTP و STP کابل های جفت تابیده شیلددار و بدون محافظ هستند. کابل‌های UTP دارای هشت سیم هستند که به یکدیگر تابیده شده‌اند تا نویز ایجاد شده توسط یک منبع خارجی توسط اثر لغو را کاهش دهند. کابل های STP همچنین دارای چهار جفت کابل پیچ خورده هستند اما در یک محافظ توری اضافی محصور شده اند. سپر در برابر تداخل الکترومغناطیسی محافظت می کند و تداخل را از بین می برد. کابل‌های UTP نسبت به کابل‌های STP ارزان‌تر، سبک‌تر و سرعت پایین‌تری دارند.

کاربرد کابل های زوج به هم تابیده

• شبکه های محلی (LAN)

کابل زوج به هم تابیده برای اتصال کامپیوترها، سوئیچ ها، روترها، چاپگرها، دوربین های IP و دستگاه های PoE در یک شبکه LAN استفاده می شود که انواع مختلفی را شامل می شوند.

• شبکه های اترنت

کابل های اترنت نوعی کابل شبکه هستند. آنها برای کار با پورت های اترنت طراحی شده اند. پورت‌های اترنت را می‌توان در روترها، رایانه‌ها، تلویزیون‌ها و اکثر دستگاه‌های دارای اینترنت و شبکه یافت. رایج ترین کابل های اترنت زوج به هم تابیده که در حال حاضر استفاده می شوند عبارتند از:

100BASE-TX یا Fast Ethernet (سرعت انتقال: 100 مگابیت بر ثانیه)
1000BASE-T یا گیگابیت اترنت (سرعت انتقال: 1 گیگابیت در ثانیه)

• خطوط DSL

DSL ها یا خطوط مشترک دیجیتال، اتصالات اینترنتی هستند که از خطوط استاندارد تلفن استفاده می کنند. DSL ها فقط برای سیگنال های صوتی توسعه یافته اند و بنابراین در سرعت داده و پهنای باند محدود هستند.

• خطوط تلفن

منشا کابل های زوج به هم تابیده به استفاده از آنها در خطوط تلفن برمی گردد.

• سیستم های دوربین امنیتی

دوربین های امنیتی دوربین های مدار بسته ای هستند که سیگنال های AV را به گیرنده بی سیم منتقل می کنند. دوربین های امنیتی IP از کابل های اترنت Cat5e استفاده می کنند.

دسته بندی کابل های زوج به هم تابیده

• Cat 1 کابل های UTP با سرعت داده < 0.1 مگابیت در ثانیه، مورد استفاده در خطوط تلفن
• Cat 2 کابل های UTP با سرعت داده 2 مگابیت بر ثانیه، مورد استفاده در خطوط انتقال
• Cat 3 کابل های UTP با سرعت داده 10 مگابیت در ثانیه، مورد استفاده در شبکه های LAN یا اترنت 10baseT
• کابل های UTP رده 4 یا Cat 4 با سرعت داده 20 مگابیت در ثانیه که در شبکه های حلقه توکن استفاده می شود
• Cat 5 کابل های UTP با سرعت داده 100 مگابیت در ثانیه، مورد استفاده در شبکه های LAN یا اترنت 100baseT
• Cat 5e اترنت 1000baseT با سرعت داده 1000 مگابیت بر ثانیه
• Cat 6 کابل های UTP با سرعت داده 200 مگابیت در ثانیه، مورد استفاده در شبکه های محلی پرسرعت
• Cat 7 در اترنت گیگابیتی با سرعت فوق العاده بالا استفاده می شود.

کابل فیبر نوری

قطعا این مدل به گوشتان خورده که به عنوان یکی از انواع کابل شبکه در این بخش توضیح می دهیم. کابل فیبر نوری نوع پیشرفته ای از کابل شبکه است که عملکرد قابل توجهی از نظر پهنای باند و انتقال داده نسبت به نسخه های هادی فلزی سنتی دارد.

فیبر نوری یک رشته بسیار نازک از شیشه خالص است که به عنوان یک هدایت کننده برای نور در فواصل طولانی عمل می کند. هر یک از این رشته‌ها کمی پهن‌تر از یک تار موی معمولی است و معمولاً با یک لایه روکش دیگر (شیشه‌ای یا پلاستیکی، اما با تراکم متفاوت نسبت به رشته داخلی) احاطه می‌شوند.

در اطراف الیاف روکش شده، یک غلاف نیز وجود دارد که از چند لایه پوشش عایق تشکیل شده است. همچنین معمولا شامل یک پوشش محافظ است که به عنوان لوله بافر شناخته می شود و به دنبال آن یک پوشش بیرونی نهایی طراحی شده برای محافظت از کابل چند رشته ای است.

مطلب پیشنهادی: خدمات نصب و راه اندازی شبکه

نحوه کار کابل های فیبر نوری

قطعا برای شناخت این نوع کابل به عنوان یکی از انواع کابل شبکه باید با نحوه کار آن نیز آشنا باشید. برای درک نحوه ارسال داده ها از طریق کابل های فیبر نوری، توجه به این نکته مهم است که اجزای متعددی در ساخت یک فیبر نوری دخیل هستند که همگی برای اطمینان از عملکرد صحیح آنها لازم است. بدیهی است که خود رشته‌های شیشه‌ای کاملاً مرکزی برای کارکرد سیستم هستند، اما تعدادی دیگر از بخش‌های کلیدی نیز وجود دارند که همگی در انتقال موفقیت‌آمیز داده در امتداد فیبرهای نوری نقش دارند.

در مرحله اول، باید یک منبع نور برای ارسال “پالس” اطلاعات در امتداد رشته های شیشه شفاف یا لوله پلاستیکی در هسته کابل وجود داشته باشد. این کار معمولاً توسط یک لیزر کوچک یا توسط یک منبع LED ایجاد می‌شود، که سیگنال ورودی را از مدار فرستنده دریافت می‌کند و قبل از اینکه در امتداد هسته‌های فیبر بتابد، آن را به یک پالس نور تبدیل می‌کند.

ثانیاً، مهم است که خود الیاف شیشه توسط یک لایه روکش شیشه یا پلاستیک اضافی احاطه شده باشند، که دارای ضریب شکست متفاوتی برای عبور نور از آن نسبت به رشته های هسته است. این تفاوت‌های انکساری بین روکش و الیاف شیشه‌ای که اطراف آن را احاطه کرده است، باعث می‌شود که پالس‌های نور ورودی در زوایای خاصی در طول کابل خم شوند.

پالس‌های نور به دلیل ویژگی‌های بازتابی داخلی آن در قسمت‌های شفاف کابل فیبر محصور می‌شوند و در یک الگوی زیگ زاگ حرکت می‌کنند تا هنگام حرکت در طول کامل فیبر نوری از اطراف خم‌ها عبور کنند. به منظور حفظ قدرت سیگنال کافی در طول مسیرهای کابل به خصوص کابل های طولانی، ممکن است نیاز باشد که آنها به سیگنال الکتریکی تبدیل شوند و مجدداً در نقاط مختلف مسیر به یک پالس نوری برگردند. این کار توسط اجزای داخلی اضافی به نام تکرار کننده انجام می شود.

هنگامی که سیگنال های نور در نهایت به مقصد مورد نظر خود می رسند ( در بیشتر مسیر با سرعت حدود 70٪ نور حرکت می کنند) در نهایت می توانند به عنوان سیگنال های داده یا ارتباطی تفسیر شوند و توسط تجهیزات گیرنده به خروجی تبدیل شوند.

مطلب پیشنهادی: خدمات اکتیو شبکه

مزایای کابل های فیبر نوری

همانطور که قبلا ذکر شد، کابل فیبر نوری دارای تعدادی ویژگی کلیدی است که نسبت به کابل های هادی فلزی سنتی در چندین معیار مهم برتری دارد. این ویژگی ها شامل:

• پهنای باند و انتقال داده ی بهتر

کابل های فلزی قدیمی(معمولاً مسی) پهنای باند نسبتاً محدودی را در مقایسه با فیبر نوری ارائه می دهند. کابل‌کشی‌های ارتباطی از نوع مسی در ابتدا برای انتقال سیگنال‌های صوتی توسعه داده شدند، که برای انتقال داده‌های انبوه به پهنای باند زیادی نیاز ندارند اما امروزه بسیاری از برنامه‌های کاربردی مدرن نیاز به پهنای باند وسیع نر برای انتقال داده های انبوه دارند.

• سرعت بالاتر

استفاده از پالس های نور به عنوان منبع اصلی انتقال اطلاعات کابل های فیبر نوری در مقایسه با سایر حالت های انتقال داده، سرعت زیادی را ارئه می دهد. فیبر به طور کلی از عملکرد مورد انتظار کابل های مسی حتی با درجه بالا Cat5 یا Cat6 در این زمینه بسیار بهتر است.

• مسافت طولانی

کابل‌های فیبر نوری علاوه بر سرعت صاعقه، می‌توانند سیگنال‌های خود را در مسافت‌های بسیار طولانی‌تری نسبت به انواع کابل‌کشی‌های سنتی به دلیل نرخ کم تلفات سیگنال انتقال دهند. کابل‌های مسی معمولاً دارای محدودیت 328 فوتی از نظر فاصله انتقال کیفیت مناسب هستند. در مقابل، برخی از فیبرهای نوری منفرد می توانند سیگنال را در طول صدها کیلومتر با توجه به ترکیب مناسب مواد، نوع سیگنال (طول موج) و تنظیم شبکه حمل کنند.

• تداخل کمتر

فیبر نوری به طور قابل توجهی محافظت بیشتری در برابر تداخل نسبت به انواع کابل های فلزی سنتی ایجاد می کند، زیرا آنها به طور فیزیکی سیگنال الکتریکی را حمل نمی کنند. این امر توانایی آنها را برای انتقال سریع داده ها در فواصل بسیار طولانی تر بدون کاهش قابل توجه سیگنال افزایش می دهد.

• ایمنی و قابلیت اطمینان بیشتر

یکی دیگر از تفاوت‌های بین فیبر نوری و کابل مسی این است که نسخه‌های شیشه‌ای آن بسیار نازک‌تر، سبک‌تر و در عین حال مستحکم‌تر هستند، که باعث می‌شود در مقابل نیروهای کششی بسیار بیشتری مقاومت کنند و در نتیجه کمتر آسیب ببینند یا شکسته شوند. طول معادل کابل های فلزی فیبر تقریباً به اندازه سیم کشی فلزی تحت تأثیر آب و هوای نامساعد، رطوبت یا دمای شدید قرار نمی گیرد، علاوه بر این، این واقعیت که الیاف شیشه جریان الکتریکی را از خود عبور نمی دهند به این معنی است که آنها خطر آتش سوزی ندارند.

مطلب پیشنهادی: خدمات امنیت شبکه