RJ45-ös csatlakozók – alapvető tudnivalók

Azt követően, hogy az AT&T az 1960-as években bevezette őket az addigi terjedelmes telefoncsatlakozók helyettesítésére, a modulrendszerű csatlakozók világszerte a kommunikációs és adatszolgáltatások alapelemévé váltak. Bár kezdetben a telefoncsatlakozásokat célozták meg, az RJ (registered jack = levédetett csatlakozó) csatlakozók az évek során az adatkommunikációban is teret kaptak. Ez vezetett a ma talán legismertebb modulrendszerű csatlakozóhoz, az RJ45-ös csatlakozóhoz, amelyet számítógépes hálózatokban használnak, és általában Ethernet-csatlakozóként emlegetnek. Bár széles körben használják, ennek a cikknek az célja, hogy mélyreható áttekintést nyújtson mindenről, ami az RJ45-ös csatlakozókkal kapcsolatos, beleértve alapvető jellemzőiket és képességeiket, felhasználási területeiket, a rájuk vonatkozó szabványokat és sok minden mást.

Alapvető tudnivalók az RJ45-ös csatlakozókról

Legelemibb szinten azt mondhatjuk, hogy az RJ45-ös csatlakozók olyan kábelhez kapcsolódó modulrendszerű összekötőeszközök, amelyek adatkommunikációt tesznek lehetővé különböző elektronikus rendszerek között. 8 érintkezőt és 8 vezetékhelyet tartalmaznak, amelyek jeltovábbítás vagy áramellátás céljára szolgálnak, vagyis 4 sodrott érpár használatát teszik lehetővé. Bár ez a 8 érintkezős és 8 vezetékhelyes kialakítás hasonlóvá teszi őket más 8P8C csatlakozókhoz, az igazi RJ45-ös csatlakozókon található egy olyan fül, amely az eszköznek csak az egyik irányban történő behelyezését teszi lehetővé a hozzá való aljzatba, hogy megakadályozza a helytelen csatlakoztatást (reteszelés). Bár a köznyelvben a legtöbb 8P8C csatlakozót RJ45-ösnek nevezik, ez nem teljesen pontos megnevezés, mert a 8P8C csatlakozókat ugyan be lehet dugni az RJ45-ös aljzatokba, de az RJ45-ös csatlakozókat nem lehet bedugni a 8P8C aljzatokba.

Mint minden modulrendszerű csatlakozó, az RJ45-ös csatlakozók is számos előnyt kínálnak, ilyen például az alacsony költségű, forrasztás nélküli csatlakozó- és vezetékszerelés, az egyedi kábelek gyors gyártása, az egyszerű bedugás és kihúzás, a könnyű helyszíni összeszerelés egyszerű szerszámokkal, valamint a kábelek helyszíni testreszabásának lehetősége. Ezeken az alapvető előnyökön kívül az RJ45-ös csatlakozók számos további funkciót is kínálnak, többek között a következőket:

• Árnyékolás – védi a jelet az elektromágneses és a rádiófrekvenciás zavarástól
• Reteszelés – biztosítja, hogy a csatlakozót csak egyféleképpen lehessen bedugni
• Különböző felszerelési lehetőségek – lehetővé teszik a panelre, áramköri lapra szerelést, valamint a felület- és furatszerelést.
• Kijelzők és visszajelzők – jelzik a kapcsolat állapotát
• Beépített mágneses elemek – jobb árnyékolást és túláramvédelmet tesznek lehetővé
• Nagy megbízhatóság – védi a hardvert és a kapcsolatot

Az RJ45 felhasználási módjai és felhasználási területei

Az RJ45-ös csatlakozókat leggyakrabban egy internetkapcsolatra alkalmas eszköz és egy másik hálózati eszköz összekapcsolására használják. Ilyen például egy kiszolgálóhoz, útválasztóhoz, modemhez, okostévéhez, játékkonzolhoz vagy bármilyen Ethernet protokollt használó eszközhöz csatlakoztatott számítógép. Az RJ45-ös csatlakozók által kínált vezetékes kapcsolat nagyobb adatátviteli sebességet, stabilitást és biztonságot tesz lehetővé. Ez teszi vonzóvá az RJ45-ös csatlakozókat mind a vállalati, mind a magánhasználatban.

1. ábra: Az RJ45-ös csatlakozók számos hálózati eszközben megtalálhatóak (kép: Same Sky)

Az RJ45-ös termékcsalád olyan hozzáadott funkciói és képességei, mint a megnövelt sebesség és a strapabírás, alkalmassá tették ezt az összeköttetési módot az irodai és az otthoni hálózatokon kívüli felhasználásra is, míg az EtherCAT protokoll bevezetése az üzemekben és azokon kívül is egyre szélesebb körű használatot eredményezett. Az RJ45-ös technikát használó újabb alkalmazások közé tartoznak az alábbiak:

• Gyárautomatizálás
• Ipari folyamatirányítás
• Ipari robotika (gyártás és összeszerelés)
• Ellenőrző- és mérőrendszerek
• Minőség-ellenőrző rendszerek
• VOIP- (Voice Over Internet Protocol, internetes telefon) rendszerek és eszközök
• A dolgok internetére (IoT) kapcsolódó hálózati eszközök

Bevezetés az RJ45-ös csatlakozószabványokba

Az RJ45-ös csatlakozókra többféle szabvány is létezik, felhasználási területtől és a tervezett felhasználási módtól függően. Ezeket a vonatkozó szabványokat itt röviden összefoglaljuk, de több szabványt később részletesebben is ismertetünk:

• ANSI/TIA 1096-A – az RJ45-ös eszközök alapvető mechanikai jellemzőit, fizikai méreteit és érintkezési követelményeit tartalmazza
• T-568A és T-568B – az alapvető huzalozási és érintkezőkiosztási előírások
• IEEE 802.3at, 802.3af és 802.3bt – a végberendezésnek villanyáramot szolgáltatni képes RJ45-ös csatlakozókra vonatkozó különböző PoE- (Power over Ethernet, ethernetes áramellátás) szabványok
• IEEE 1394 – az RJ45 adatátvitelisín-felépítésére vonatkozó előírások

Számos egyéb szabvány vonatkozik még az RJ45-ös eszközökhöz használt kábelekre és huzalokra, ezek szintén nagymértékben függenek a végső felhasználási területtől.

Ethernet és EtherCAT

Az RJ45 és az Ethernet két olyan kifejezés, amelyek szinte elválaszthatatlanok egymástól. Az IEEE által az 1980-as években kifejlesztett Ethernet-szabvány (IEEE 802.3) meghatározza az Ethernet-hálózatok (kapcsolatok) kialakításának és beállításának szabályait, a kapcsolathoz szükséges vezetékek számát, az elvárt teljesítményt és az adatátviteli keretrendszert. Továbbra is ez a legszélesebb körben használt és legnépszerűbb helyi hálózati (LAN-) technika világszerte, köszönhetően az egyszerű használatának, alacsony költségének, nagy átviteli sebességének és széles körű hálózatiprotokoll-támogatásának, mivel az RJ45-ös csatlakozók a hálózatok kiépítéséhez használt szabványos eszközök.

A 2003-ban bevezetett Ethernet for Control Automation Technology (Ethernet vezérlésautomatizálási technikákhoz) (EtherCAT) egy rendkívül rugalmas hálózati protokoll, amelyet az ipar valós idejű gyárautomatizáláshoz, ellenőrzéshez és méréshez és sok egyéb területen használ. Ezt az IEC 61158 szabvány határozza meg, és ez a protokoll nagy sebességgel és nagy hatékonysággal működik. Az EtherCAT-hálózatok két RJ45-ös portot használnak, és nincs szükség más speciális hardverre. Az egyik Rj45-ös csatlakozó a hálózat előző csomópontjához, a másik pedig a következő csomóponthoz csatlakozik, ami lehetővé teszi a sávszélesség hatékony kihasználását.

Az Ethernet-kábelek kategóriái

Az Ethernet- és EtherCAT-hálózatokban használt kábelek a Cat5-től és Cat6-tól kezdve a Cat7-en át az új Cat8-ig több különböző típusban kaphatóak. Az egyes kábelszabványok nagymértékben eltérő teljesítménymutatókat kínálnak, de továbbra is ugyanazt az RJ45-ös csatlakozót használja mindegyik. Ez azt jelenti, hogy szabványtól függetlenül minden kábel 8 vezetékből és 4 sodrott érpárból áll, ami megfelel az RJ45-szabvány 8P8C kialakításának.

A Cat5 jelenleg már leginkább elavultnak számít, köszönhetően a Cat5e kábeleknek, amelyek akár 10-szer gyorsabbak, mint a Cat5, és jobb az áthallásokkal és zavarásokkal szembeni ellenállásuk. A következő fokozat, a Cat6 növeli a sávszélességet a Cat5e-hez képest, árnyékolással még tovább csökkenti az áthallást és a zavarást, és visszafelé kompatibilis marad a Cat5/Cat5e típussal. Gyakran használják olyan hálózatokban, ahol gigabites (Gb/s) átviteli sebességre van szükség. Az újabb Cat6a kábel vastag műanyag burkolattal van ellátva, amely még tovább csökkenti az áthallást, és hosszabb, akár 100 m (328 láb) hosszú kábelek használatát is lehetővé teszi. A Cat7 és a Cat7a egyaránt fokozatosan növeli az elérhető sávszélességet.

1. táblázat: Az Ethernet-kábelkategóriák jellemzői (kép: Same Sky)

Ethernetes áramellátás (Power over Ethernet, PoE)

Az RJ45-ös csatlakozók az adatjelek továbbítása mellett az Ethernet-kábelekben lévő nem használt sodrott érpárokat kiaknázva villanyáramot is képesek szolgáltatni a csatlakoztatott eszközöknek. Ezt a Power over Ethernet (PoE) technikát az IEEE 802.3af szabvány és annak az áramellátás teljesítményét folyamatosan növelő egyre újabb változatai határozzák meg.

2. táblázat: Az ethernetes áramellátásra vonatkozó Power over Ethernet-szabványok (kép: Same Sky)

Az, hogy ezeken az érpárokon át megvalósítható az egyenáramú áramellátás, szükségtelenné teszi a külön tápkábelek használatát. Mivel nincs szükség külön tápkábelekre, csatlakozókra és külön áramellátás kiépítésére, a PoE a költségmegtakarításnak és a rugalmasságának köszönhetően gyorsan terjed. A PoE szabványt úgy tervezték, hogy biztonságos, megbízható és méretezhető legyen.

2. ábra: Az Ethernethez csatlakoztatott eszközök számára a PoE-injektorok biztosítják az áramellátást (kép: Same Sky)

A T568A és a T568B szabvány

A T568A és a T568B a két RJ45-érintkezőkiosztási szabvány, amely a 8 vezeték csatlakozón belüli kiosztását szabja meg. Az Ethernet-hálózat megfelelő működéséhez ezeket a színkódolt vezetékeket helyesen kell bekötni a megadott csatlakozóhelyekre. A T568A szabvány a régebbi kábelekkel való kompatibilitást biztosítja, a T568B pedig a jobb jelelkülönítést és a zajvédelmet. Az RJ45-ös átmenő csatlakozók lehetővé teszik, hogy a vezetékeket a csatlakozón keresztül vezessék, és a csatlakozóba csíptetés során a könnyebb igazítás érdekében levágják.

3. ábra: A T568A és T568B szerinti érintkezőkiosztás (kép: Same Sky)

4. ábra: Az RJ45-ös csatlakozó T568B szabvány szerinti kábelezése (kép: Same Sky)

Annak eldöntése, hogy melyik szabvány a megfelelő, az egyéni tervezési igényektől függ, valamint attól, hogy egyenes átmenőkábelre (az angolból átvett, de esetenként a magyar szaknyelvben is használt szóval „patch” kábelre) vagy keresztezőkábelre (ugyancsak az angolból átvett szóval „crossover” kábelre) van-e szükség. Az egyenes átmenőkábel mindkét végén ugyanazt a kábelezési szabványt használják, míg a kereszetezőkábel egyforma típusú eszközöket köt össze, és az egyik végén T568A, a másik végén pedig T568B szabványnak megfelelő érintkezőkiosztást használnak. Az átfordítókábelek (vagy angol szóval rollover kábelek) laposak, és eszközöket szoktak velük csatlakoztatni a hálózati kapcsoló konzolportjához. Ezek csak illesztőfelület kialakítására szolgálnak, adatokat nem továbbítanak.

A visszahurkolás (vagy angol szóval loopback) és a T1 szintén két gyakran hallható kifejezés. A visszahurkolás egy olyan típusú kapcsolat, amely lehetővé teszi, hogy a számítógép illesztőfelületként kapcsolódjon önmagához, ami diagnosztikai és hibakeresési célokra, valamint kiszolgálókhoz való kapcsolódásra használható. A T1 vonalak, bár ma már sokkal kevésbé elterjedtek, mint 15–20 évvel ezelőtt, közvetlenül a távközlési szolgáltatótól a végfelhasználóhoz vezető célorientált vonalak, amelyek nagyobb sebességet kínálnak, és hang- és adatátvitelre egyaránt alkalmasak.

Az RJ45-ös csatlakozókkal kapcsolatos végső tervezési szempontok

Az Ethernet-hálózathoz csatlakozó RJ45-ös csatlakozók tervezésénél számos műszaki szempontot figyelembe kell venni. Az áramköri lapok szintjén a hangsúly az elektromágneses zavarás csökkentésén, a villamos jelek elkülönítésének és a jelek épségének megőrzésén van. Anélkül, hogy túlságosan belemerülnénk az áramkörtervezés részleteibe, fontos, hogy nagy figyelmet fordítsunk a vezetőcsíkok hosszára és a nyomtatott áramköri lapon elfoglalt helyére. A csatlakozóknak a nyomtatott áramköri lapon való fizikai elhelyezésére szintén oda kell figyelni.

A mágneses alkatrészekkel akkor kell foglalkozni, ha vezetékes Ethernet is része a tervnek, mivel ezek szerepelnek a 10/100/1000 Base-T Ethernet-hálózatok műszaki adataiban. A mágneses alkatrészek olyan huzalból tekercselt alkatrészek (például transzformátorok), amelyek árnyékolást nyújtanak az elektromágneses zavarás ellen, védenek a hibák és tranziensek ellen, valamint villamos szigetelést és jelkiegyenlítést kínálnak. Ezeket az alkatrészeket el kell szigetelni, és a lehető legközelebb kell elhelyezni az RJ45-ös csatlakozókhoz.

Mágneses alkatrészeket kétféleképpen lehet használni. Az első lehetőség a tokba beépített mágneses alkatrészekkel ellátott RJ45-ös csatlakozók használata. A mágneses RJ45-ös csatlakozók előnye a jobb elektromágneses árnyékolás és a megbízhatóbb csatlakozás. A másik lehetőség egy mágneses modul elhelyezése a nyomtatott áramköri lapon a PHY-lapka (az Ethernet-kapcsolatot megvalósító integrált áramkör) és a hagyományos RJ45-ös csatlakozó között. A mágneses modulok általában olcsóbbak, mint a beépített csatlakozók, ugyanakkor jobb védelmet nyújtanak az elektrosztatikus kisülés (ESD) ellen. Mindkét módszernek megvannak a maga előnyei és hátrányai, amelyeket a rendszer teljes kialakítását szem előtt tartva kell mérlegelni.

Összegzés

A többi modulrendszerű csatlakozóhoz hasonlóan az RJ45-ös csatlakozók is egyszerű tervezést, gyors és egyszerű kiépítést és a felhasználó számára könnyű hozzáférést tesznek lehetővé, és széles termékválasztékot kínálnak. Világszerte elterjedtek mind az otthoni, mind az irodai hálózatokban, és egyre elfogadottabbak a gyárakban és zord környezetben is.

A Same Sky az RJ45-ös csatlakozók széles választékát kínálja, számos választható lehetőséggel, beleértve a beépített mágneseket, ethernetes áramellátást (PoE-t), LED-es kijelzőket és sok egyebet.