Bölüm 50:İletim Ortamları

Bir önceki bölümde tek telde birden çok konuşmayı bölüştürdük. Telin kendisini hiç açmadım.

Tek bir kablo yok. Bakır çift, ekranlı çift ve koaksiyel ayrı ailelerdir. Her aile ayrı bir ödünleşim satar. Hangisini seçtiğinde neyi kaybettiğini nereden bileceksin?

Bakır telin çevresinde bir alan var

İletim ortamını üçe ayırabilirsin: bakır telde elektrik akımı gidiyor, cam lifte ışık, havada radyo dalgası ya da kızılötesi. Her ortam kendi fiziğine uygun bir kodlamayı dayatıyor. Zayıflama da ortamdan bağımsız bir kader değildir. Elektrik sinyali dirençten, optik sinyal soğurulma ile dağılmadan, elektromanyetik dalga atmosferden kaybeder.

Hız da ortamın verdiği bir sayıdır. Yayılım gecikmesini hesaplarken sinyalin hızını sabit almıştım; oysa o sabit yalnızca kabaca doğruydu. Bakırda hız ışığın üçte ikisine düşüyor, yani saniyede yaklaşık 200.000 kilometreye. Yüz metrelik bir yatay kabloyu sinyal bu hızla 0,5 mikrosaniyede geçiyor.

Bakır kablo 30 kHz ile 3 GHz arasındaki bantta kullanılır. Taşıdığı sinyal çevresinde bir elektromanyetik alan üretir ve o alan komşu tel üzerinde akım doğurur. Bit gerilim eğrisine dönüşürken gürültüyle boğuşuyordu; diyafoni dediğimiz bozulmanın kaynağı işte o yan teldir.

İki bakır tel birbirine dik durduğunda diyafoni en aza iner. Bir kablonun içinde iki teli baştan sona dik tutamazsın. Twisted pair tam bu geometriyi kablo boyunca sürekli taklit eder. İki tel birbirinin etrafında döndükçe etkinin işareti her yarım turda tersine döner. Toplam kendini götürür. İletkenlerin paralel kalması şartsa çözüm başkadır: eş eksenli yapıya, yani koaksiyele geçilir.

Aynı fizik dışarıdan da işler. Metal kanal içinde güç hattına 6,4 cm, açık güzergâhta 12,7 cm bırakılır. Bakır ailesinin ortak zayıflığı bu: yanından geçen her akım kablonun marjından yer. Kablonun her katmanı o marjı korumak için orada.

Telin çevresindeki her katman bir iş yapıyor

UTP ailenin en sade üyesidir. Karakteristik empedansı 100 ohm, dış çapı 0,43 cm. İçinde dört twisted pair, yani sekiz tel var. Her tel diğerinden yalıtılmıştır ve uç RJ-45 ile sonlandırılır. Kablo kanalında az yer kaplaması bu inceliğin getirisidir.

Herkesin RJ-45 dediği sekiz konumlu konnektörün resmî künyesi IEC 603-7’dir. RJ adı ABD telefon sektörünün Registered Jack kaydından kalmadır ve aile kontak sayısıyla ayrışır. RJ-11 iki kontakla tek telefon hattını taşır. RJ-14’ün dört kontağı vardır, RJ-48 de dört kontakla T1 bağlantısını sonlandırır. RJ-45 sekiz kontakla Ethernet’i taşır. Sekiz teli o konnektöre hangi sırayla dizeceğin ayrı bir iş; sonlandırmayı bir sonraki durakta elimize alacağız.

Ekranlama üç düzende üretilir. Her çift ayrı folyoyla sarılır. Bütün çiftlerin üstüne tek bir folyo ya da örgü geçirilir, ya da ikisi birden yapılır. ISO/IEC 11801 adlandırması bunu iki harfle yazar. Eğik çizginin solu genel ekranı, sağı çift başına ekranı anlatır.

Ekran bedava gelmez. STP’nin ekranı ağ kartından duvar prizine ve oradan anahtara kadar kesintisiz topraklanmak zorundadır. Süreklilik bir yerde koptuğunda ekran kalkan olmaktan çıkıp antene döner: çevredeki sinyalleri toplar ve taşıdığı veriyi bozar. Yarım kurulmuş ekranlı kablo, hiç ekranı olmayandan kötüdür.

Seçim coğrafyayla da değişiyor. UTP Kuzey Amerika’da ve pek çok bölgede en yaygın ağ kablosudur, ekranlı aileler ise ağırlıkla Avrupa’da tercih edilir. Aradaki fark teknik bir üstünlük değil, yerel yönetmelik ve alışkanlık farkıdır.

Dış kılıfın da kendi sınıfı var ve o sınıf kablonun üstüne basılır. CMP plenum sınıfıdır ve kanalsız olarak havalandırma boşluğuna çekilebilir. CMR katlar arası dikey şaft içindir, CM genel bina kablolamasıdır. Plenum kablolarda dış kılıf olarak FEP kullanılır, çünkü FEP yanarken çok daha az duman ve ısı üretir. Standart PVC yalıtım oda sıcaklığında sınıfına göre çalışır. 40 °C üstünde zayıflaması belirgin biçimde artar.

Standardın adı zaten kendini anlatıyor

Ethernet standartlarının adları rastgele harf yığını değil, üç parçalı bir kodlama. Adı okumayı öğrendiğinde listeyi ezberlemene gerek kalmıyor.

1000BASE-T üç parçaya ayrılıyor:

• 1000 — hattın sinyal hızı, megabit cinsinden. Bin megabit, yani bir gigabit.
• BASE — taban bantlı iletim. Kablo tek bir sinyal taşıyor ve o sinyal taşıyıcıya bindirilmiyor. Karşıtı geniş bantlı iletimdir; kablo TV şebekesi öyle çalışır.
• T — ortam ya da kodlama. T twisted pair, S kısa dalga boylu çok modlu fiber, L uzun dalga boylu tek modlu fiber, C ikili eksenel bakır demek. En eski adlarda son parça harf değil sayıdır ve koaks parçasının azami uzunluğunu yüz metre cinsinden verir.

Kodu bir kez öğrenince aile tek bakışta okunuyor:

Tabloda bakırın sınırı gözle görünüyor. Hız 10 megabitten 10 gigabite, yani bin katına çıkarken twisted pair’in mesafesi hiç değişmiyor: yüz metre. Fiber tarafında ise aynı hız artışı mesafeyi kilometrelerde tutuyor. Bakırda kazanılan her hız, mesafeden değil kablo kalitesinden ödeniyor.

Kategori bir bant genişliği vaadidir

Merdivenin ilk basamakları bugün müzelik: Cat1 ile Cat2 kablolama standardına hiç alınmadı. Cat3 100 ohm’luk UTP’yi 16 MHz’e kadar tanımlar ve 10BASE-T’yi taşır. Cat4 20 MHz’te kaldı. Cat5e 2000 yılında geldi. 1000BASE-T’yi desteklemek için NEXT, ELFEXT ve geri dönüş kaybı sınırlarını sıkılaştırdı. Cat5 yeni kurulumlar için artık önerilmiyor.

Cat6 bir tahmin denemesiydi. 200 MHz’e kadar sinyalleşmeyi geleceğe hazır olsun diye hedefledi. Ama hızlar beklenenden çabuk arttı ve Cat6A ile üstü gerekti. Merdiven bant genişliğiyle yazılır. Cat5e 100 MHz, Cat6 250 MHz, Cat6A 500 MHz, Cat7 600 MHz, Cat7A 1.000 MHz. Cat6A, Cat5e’nin tam beş katı bant demektir.

İki kurum aynı merdivene iki ayrı ad veriyor. TIA bileşene ve kabloya kategori der, ISO kurulmuş kanala ve bağlantıya sınıf der. 500 MHz’lik Cat6A, ISO tarafında Class EA olarak yazılır. Cat7 ile Cat7A yalnız ISO tarafında tanımlıdır ve kablo tipi zorunlu olarak S/FTP’dir. Üst basamak Cat8. TIA ve ISO komiteleri onu 40GBASE-T’yi dört çift bakır üzerinden taşımak için tanımladı. 25GBASE-T’yi de destekliyor.

Structured cabling’in (yapısal kablolamanın) 90 metrelik temel bağlantısı ve 100 metrelik kanalı ölçülüydü. Kategori tam o mesafede anlamını buluyor. 10GBASE-T o kanalı dört çift Cat6A ile ister.

Kategori kabloyla bitmez. Cat5e kanal kurmak istiyorsan jak, panel ve yama kablosu da aynı kategoriye derecelendirilmiş olmalı. Sıradan telefon tipi bir RJ-45 jak bu şartı karşılamaz. Yatay kablo tavan ve duvarların içinden geçtiği için değiştirilmesi omurga kablosundan çok daha pahalıdır. Standart bu yüzden yatay katmanda en iyi malzemeyi önerir.

Koaksiyel neden kaybetti?

Koaksiyel kablonun dış çapı 1-2,5 cm arasındadır. İçteki tek iletken, onu saran boş silindirik dış iletkenle eş eksenlidir. Aradaki dielektrik bu geometriyi kablo boyunca sabit tutar.

Karakteristik empedans uygulamaya göre sabitlenir. Video ve CATV’de 75 ohm, radyo yayınında 50 ohm, yerel ağ ile veri iletişiminde 50-105 ohm. Empedansın kablo boyunca düzensizleşmesi doğrudan zayıflamaya yol açar.

Kablonun üstündeki RG kodu Radio Guide’ın kısaltmasıdır. RG-8 50 ohm’luk kalın Ethernet kablosu, RG-6 75 ohm’luk TV anten kablosu, RG-58 ise 50 ohm’luk ince Ethernet kablosudur. İnce koaksiyelin çapı yaklaşık 0,64 cm, kalının yaklaşık 1 cm. Bu fark inceyi esnek ve kurulabilir, kalını sert ve pahalı yapar. Buna karşılık kalın koaksiyel ince olanın yaklaşık 2,7 katı menzil veriyordu.

Hattın iki ucuna takılan 50 ohm’luk sonlandırıcıyı ve her istasyona geçirilen T konnektörü daha önce görmüştün. Bu ailenin adı BNC. İçine iki parça daha girer: kablonun ucuna takılan konnektörün kendisi ve iki kabloyu birbirine ekleyen barrel konnektör. Böyle bir hattı ölçmek şaşırtıcı derecede kolaydır. T konnektörden ohmmetreyle bakarsan 25 ohm okursun. Uzun kabloda bu 25 ile 30 arasıdır. 0 ohm kısa devre, sonsuz ohm ise kopukluk ya da bozuk bir sonlandırıcı demektir.

Koaksiyelin bant genişliği twisted pair’den fazladır; diyafonisi de zayıflaması da daha azdır. Noktadan noktaya bakınca fark sayıya dökülüyor. Koaksiyel 0-500 MHz bandında çalışır. 10 MHz’te km başına 7 dB kaybeder ve tekrarlayıcıyı 1-9 km’de bir ister. Twisted pair sayısal iletimde 2-3 km’de bir tekrarlayıcı, analog taşımada 5-6 km’de bir yükselteç ister. Fiberde aynı aralık 40 km’ye çıkar. Yine de kaybetti. Onu piyasadan silen şey kablonun kendisi değil, yalnızca veri yolu topolojisinde kullanılması ve montajının zahmetli olmasıydı.

Kısa bakır bağlantı fikri yine de yaşadı. Twinaxial kablo koaksiyele benzer ama içte iki iletken taşır. Yüksek hızlı sinyali 15 metreye kadar götürür. 10GBASE-CX4 bunun üstüne kuruldu ve standarda 2004’te, 802.3ak ekiyle girdi. Daha eskisi 1000BaseCX. 150 ohm’luk twinaxial kabloyla yalnızca 25 metreye kadar gidiyordu, IEEE 802.3z altında tanımlıydı. Twisted pair ise bugün 100 metrede 10 Gbit/s taşıyabiliyor. Ucuz aile, pahalı ailenin işini devraldı.

Özet

Peki, ne öğrendik?

• Büküm bir geometri numarasıdır: iki telin dik durduğunda diyafoniyi en aza indiren açısını kablo boyunca taklit eder; paralel kalması şart olan iletken koaksiyele gider.
• Ekran süreklilik ister: ağ kartından anahtara kadar kesintisiz topraklanmayan folyo ya da örgü, kalkan olmaktan çıkıp çevredeki sinyalleri toplayan bir antene döner.
• Kategori bir bant genişliği vaadidir: Cat5e’nin 100 MHz’inden Cat7A’nın 1.000 MHz’ine uzanan merdiven TIA’da kategoriyle, ISO’da sınıfla yazılır.
• Kategori kanalın tamamına aittir: jak, panel ve yama kablosu aynı dereceye çıkmadıysa kablonun üstündeki kategori tek başına bir şey ifade etmez.
• Koaksiyel teknik olarak kaybetmedi: daha geniş bantlı ve diyafoniye daha dirençli kabloyu piyasadan silen şey veri yolu topolojisi ve montaj zahmetiydi.

Aileyi artık kendin seçebilirsin. Ama seçmekle yapmak arasında bir adım var: o kablonun ucuna konnektörü takıp gerçekten kendin bitirebilir misin?