Bölüm 55: 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 saçılmadan, elektromanyetik dalga atmosferden kaybeder. Bakırda kayıp frekansla da büyüyor, çünkü yüksek frekansta akım telin yüzeyine sıkışıyor (skin effect); kablonun kategorisinin bir frekans sınırıyla yazılmasının sebebi bu.

Hız da ortamın verdiği bir sayıdır. 2. bölümde 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. Fiber de daha hızlı değil: camda ışık da aşağı yukarı aynı hıza iniyor. Fiberin üstünlüğü hızda değil, bantta ve mesafede. Havada ise sinyal ışık hızına çok yakın gidiyor; borsalar arasındaki mikrodalga hatları bu yüzden, aynı yolu fiberden milisaniyelerce önce bitiriyor.

Bakır kablo sesin birkaç kilohertzinden Cat8’in 2 GHz’ine kadar uzanan bir aralıkta kullanılır. Taşıdığı sinyal çevresinde bir elektromanyetik alan üretir ve o alan komşu tel üzerinde akım doğurur. 53. bölümde bit gerilim eğrisine dönüşürken gürültüyle boğuşuyordu; diyafoni dediğimiz bozulmanın kaynağı işte o yan teldir.

Twisted pair’in çaresi iki adımlı. Bir çiftin iki teli aynı sinyali zıt yönde taşır ve alıcı ikisi arasındaki farka bakar (differential signaling). Dışarıdan gelen bir parazit iki tele de eşit binerse fark değişmez ve parazit kendiliğinden düşer. Bunun için iki telin parazite eşit maruz kalması gerekir; büküm tam bunu sağlıyor. İki tel birbirinin etrafında döndükçe sırayla kaynağa yakın ve uzak tarafa geçiyor, iki telin arasında kalan küçük halkalarda indüklenen gerilimin işareti de her yarım turda tersine dönüyor. Toplam kendini götürür. Aynı kablodaki çiftlerin büküm adımları da bu yüzden birbirinden farklı tutuluyor; komşu iki çift aynı adımla bükülseydi birbirine karşı yine hizalanırdı. Fikir 1881’de Alexander Graham Bell’in bir patentine gidiyor: telefon hatlarını yanlarından geçen elektrik hatlarının gürültüsünden korumak için. İletkenlerin paralel kalması şartsa çözüm başkadır: eş eksenli yapıya, yani koaksiyele geçilir.

Aynı fizik dışarıdan da işler. ABD’nin TIA-569 kılavuzu, metal kanal içinde güç hattına 6,4 cm, açık güzergâhta 12,7 cm mesafe bırakılmasını ister. 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 (unshielded twisted pair) ailenin en sade üyesidir. Karakteristik empedansı 100 ohm, dış çapı yarım santimetre kadar. 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 60603-7’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. İşin aslı, telefon kayıtlarındaki gerçek RJ45 başka bir şeydi: çentikli, yalnızca iki kontağı kullanılan bir modem jakı. Ethernet konnektörünün doğru adı 8P8C (sekiz konum, sekiz kontak); RJ-45 adı ona yanlışlıkla yapıştı ve kaldı. Sekiz teli o konnektöre hangi sırayla dizeceğin ayrı bir iş; sonlandırmayı 56. bölümde 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 switch’e 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 Almanya başta olmak üzere Avrupa’nın bir kısmında tercih edilir. Aradaki fark teknik bir üstünlükten çok yerel yönetmelik ve alışkanlık farkıdır.

Dış kılıfın da kendi sınıfı var ve o sınıf kablonun üstüne basılır. ABD’nin yangın yönetmeliğinde CMP plenum sınıfıdır ve kanalsız olarak havalandırma boşluğuna çekilebilir. CMR katlar arası dikey şaft içindir, CM genel bina kablolamasıdır. Plenum kablolarda FEP gibi florlu plastikler kullanılır, çünkü yanarken çok daha az duman ve ısı üretirler. Avrupa Birliği’nde bu işi 2017’den beri yapı malzemeleri tüzüğünün (CPR) harf sınıfları yapıyor; kılıfta sık gördüğün LSZH ise yanarken az duman ve halojensiz gaz çıkaran malzeme demek. Sıcaklık da kablonun bütçesine giriyor. Zayıflama 20 °C’ye göre tanımlanıyor ve sıcaklık arttıkça büyüyor; 40 °C’nin üstünde artış belirginleşiyor. Aynı demetten elektrik de geçiren kablolarda (56. bölümdeki PoE) bu sınır çabuk aşılabiliyor.

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 veri 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 twinax bakır demek. En eski adlarda son parça harf değil sayıdır ve koaksiyel parçasının azami uzunluğunu yüz metre cinsinden verir; 10BASE2’nin 2’si aslında 185 metreyi yuvarlıyor.

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. Kural 25 ve 40 Gbit/s’te kırılıyor: Cat8 üstündeki 25GBASE-T ile 40GBASE-T yalnızca 30 metreye gidiyor, yani ancak bir veri merkezi sırasının içinde.

Aradaki iki satırın da bir hikâyesi var. 2016’da gelen 2.5GBASE-T ile 5GBASE-T’nin sebebi, Wi-Fi access point’lerinin gigabiti aşması oldu. Binalardaki milyonlarca metre Cat5e 10GBASE-T’yi taşıyamıyordu; ara hızlar kabloyu değiştirmeden işi kurtardı. Aynı kod bugün 400GBASE-DR4 gibi adlarda da işliyor ve sondaki sayı şerit sayısını veriyor.

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. Cat5 100 MHz’e çıktı ve yeni kurulumlar için artık önerilmiyor. Cat5e 2000 yılında geldi; 1000BASE-T’yi desteklemek için yakın uç diyafonisi (NEXT), uzak uç diyafonisi (ELFEXT) ve geri dönüş kaybı sınırlarını sıkılaştırdı.

Cat6 2002’de 250 MHz’e kadar tanımlandı ve geleceğe hazır olsun diye tasarlanmıştı. Ama 10GBASE-T onu da aştı ve 2008’de 500 MHz’lik Cat6A geldi. Merdiven bant genişliğiyle yazılır: Cat5e 100 MHz, Cat6 250 MHz, Cat6A 500 MHz, Cat7 600 MHz, Cat7A 1.000 MHz, Cat8 2.000 MHz. Cat6A, Cat5e’nin tam beş katı bant demektir.

28. bölümde gördüğün gibi iki 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. İlginç olan şu: Cat7 için yazılmış bir Ethernet standardı hiç çıkmadı. 10GBASE-T Cat6A ile yetindi, sonraki adım doğrudan Cat8’e atladı. TIA ve ISO komiteleri Cat8’i 25GBASE-T ile 40GBASE-T’yi dört çift bakır üzerinden, 30 metrelik bir kanalda taşımak için tanımladı.

Yapısal kablolamanın 90 metrelik temel bağlantısı ve 100 metrelik kanalı 28. bölümde 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 ince türlerde yarım santimetre kadar, kalın omurga kablolarında 2,5 santimetreye kadar çıkar. 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 vericilerinde 50 ohm, eski yerel ağlarda 50-93 ohm. Sayılar keyfi değil. Hava dielektrikli bir koaksiyelde kayıp 77 ohm civarında, taşınabilen güç ise 30 ohm civarında en iyi değerine ulaşıyor. Alıcı tarafındaki TV kabloları kaybı seçip 75’e, verici tarafındaki telsiz kabloları ikisinin ortasını seçip 50’ye yerleşti. Empedansın kablo boyunca düzensizleşmesi ise 53. bölümdeki yansımaya, dolayısıyla kayba 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 0,5 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.

28. bölümde hattın iki ucuna takılan 50 ohm’luk sonlandırıcıyı ve her istasyona geçirilen T konnektörü görmüştün. Bu ailenin adı BNC (Bayonet Neill-Concelman: süngü kilidi ve iki mucidinin adı). 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, çünkü iki uçtaki 50 ohm’luk sonlandırıcı paralel bağlı. 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. Klasik koaksiyel 500 MHz’e kadar çalışır, 10 MHz’te kilometre başına 7 dB kaybeder ve repeater’ı 1-9 km’de bir ister. Twisted pair sayısal iletimde 2-3 km’de bir repeater, analog taşımada 5-6 km’de bir yükselteç ister. Fiberde yükselteç aralığı 80-100 km’yi buluyor.

Yine de yerel ağda kaybetti. Onu silen şey kablonun kendisi değil, veri yolu topolojisi ve montaj zahmetiydi: tek bir kötü konnektör bütün segmenti düşürüyordu. 1990’da gelen 10BASE-T, binalarda zaten döşeli telefon kablolarının yıldız düzenine oturdu ve arızayı tek bir kabloya hapsetti. Koaksiyel ise sahneden çekilmedi; kablo TV’nin ve 62. bölümdeki kablo internetin son kilometresinde hâlâ çalışıyor.

Kısa bakır bağlantı fikri de yaşadı. Twinaxial kablo koaksiyele benzer ama içte iki iletken taşır ve yüksek hızlı sinyali birkaç metreden 15 metreye kadar götürür. 1998’deki 802.3z’nin 1000BASE-CX’i 150 ohm’luk twinax kabloyla yalnızca 25 metreye gidiyordu; 10GBASE-CX4 standarda 2004’te, 802.3ak ekiyle girdi. Bugün veri merkezlerinde her yerde gördüğün DAC kabloları (direct attach copper) bu ailenin torunu: 25 ile 400 Gbit/s’i birkaç metrelik twinax üstünde, rafın içinde taşıyorlar. Twisted pair ise bugün 100 metrede 10 Gbit/s taşıyabiliyor. Ucuz aile, pahalı ailenin işini devraldı.

Özet

• Büküm paraziti iki tele eşit dağıtır: çiftin iki teli aynı sinyali zıt yönde taşır, büküm dış parazitin ikisine eşit binmesini sağlar ve alıcı farka baktığı için parazit düşer.
• Ekran süreklilik ister: ağ kartından switch’e kadar kesintisiz topraklanmayan folyo ya da örgü, kalkan olmaktan çıkıp çevredeki sinyalleri toplayan bir antene döner.
• Standardın adı hızı, bandı ve ortamı söyler: 1000BASE-T’deki üç parça ezber yerine okuma sağlar; bakırda mesafe 100 metrede sabit kalır, 25 Gbit/s’ten sonra 30 metreye iner.
• Kategori bir bant genişliği vaadidir: Cat5e’nin 100 MHz’inden Cat8’in 2.000 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 yerel ağda teknik yüzden kaybetmedi: daha geniş bantlı ve diyafoniye daha dirençli kabloyu 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?