ツイストペアケーブル

ツイストペアケーブル（Twisted pair cable、ツイステッドペアケーブル）は、撚り対線（よりついせん）とも言い、電線を2本対で撚り合わせたケーブルである。単なる平行線よりノイズの影響を受けにくい。TPケーブルと言う場合もある。
古くからある技術であり電話線などに用いられてきたが、近年ではイーサネットの特にLANでの配線に使われる例がよく知られている。

概要

平衡接続による通信の運用では、二本のワイヤは同量で逆向きの信号を伝え、受信側は二本の差分を検出する。これはディファレンシャルモード（差動モード）転送として知られる。ノイズ源はノイズ信号をワイヤに電気的または磁界による結合によって導入するが、それは両方のワイヤに等しく結合する傾向にある。このようにコモンモード信号として発生したノイズは、受信側では差動信号が取り込まれる際にキャンセルされる。
この手法は、ノイズ源が一方のワイヤに近い時に効力を失う。近い方のワイヤがノイズにより強く結合し、受信側の同相信号除去作用がノイズを除去するのを失敗させる。この問題は、通信ケーブルでペア同士が長い距離同行している場合に顕著に現れる。ひとつのペアがもう一つのペアにクロストークとして誘導し、それはケーブルの長さによって増加する。ペアをツイストすると、ワイヤのツイストの半分ごとにノイズ源に近いワイヤが入れ替わることで、この問題に対処される。
妨害源が、一つのツイスト距離より長く、均質に掛かっていると、誘導されたノイズはコモンモードとして残留する。差動信号の手法はまた、ケーブルからの電磁波放出を減少させるとともに、減衰も減少させ、交換機間の距離を伸ばすことができる。
ツイスト率（ツイストピッチ,通常はメートル当たりのツイスト数で表す）は、ケーブルの主要な仕様となる。隣り合ったペアのツイスト率が同じだと、別々のペア同士で同じ導線が繰り返し隣り合うようになるので、差動モードの利点を失うことになる。この理由により、少なくともケーブル内の少数のペアはツイスト率を変える必要がある。
FTP（金属箔被覆ツイストペア）やSTP（シールド付きツイストペア）のケーブルとは対照的に、UTP（シールド無しツイストペア）ケーブルはシールド材に囲まれていない。これは電話線における基礎的なタイプであり、コンピュータネットワーク用では、とりわけパッチケーブル、または一時的なネット接続用のようにケーブルの高い柔軟性を生かした用途で一般的である。

歴史

初期の電話では、電報線や、オープンワイヤ片側接地回路が使用されていた。1880年代、
路面電車の架線が多くの街で敷設され、それらの回路にノイズを誘導した。訴訟では解決できない状況と見るや、電話会社は平衡回路に転換した。それはまた付随的に減衰の減少をもたらし、それによって領域を拡大させた。
電力の供給がより一般的になると、この手段では不十分であると判明した。電柱の上のクロスバーの両端に張られた二本のワイヤは、送配電線と経路を共有した。何年か経つと、電力利用の成長が通話妨害を再び増加させたので、技術者たちは妨害除去のために、ワイヤトランスポジション（ワイヤ位置交換）という手法を考案した。
ワイヤトランスポジションでは、電柱何本かに一回ワイヤ位置を入れ替える。この方法では、二本のワイヤは送配電線から同等の誘導障害を受ける。これはツイストペア手法の初期の実装であり、ツイスト率はキロメートルあたり4回、またはマイルあたり6回である。このようなオープンワイヤ平衡線による周期的なトランスポジションは、農村部で今でも残っている。
ツイストペアケーブルは、アレクサンダー・グラハム・ベルによって1881年に発明された。1900年までには、アメリカの電話回線ネットワーク全体は、ツイストペアあるいはトランスポジションオープンワイヤのいずれかで妨害に対する保護を行った。今日では、世界中の何百万キロメートルものツイストペアケーブルのほとんどが屋外配線にあり、電話会社所有で、通話サービスに供されており、電気通信設備工事担任者などの資格を有する技術者によってのみ取り扱われている。

イーサネットでの利用

1990年頃、イーサネットが大企業などに本格的に利用が始まるには、10BASE-2や10BASE-5の同軸ケーブルに代わってカテゴリー3レベルのUTPを使う10BASE-T規格が必要であった。当初、イーサネットが普及し始めた頃に10BASE-Tを使う場合はカテゴリ3のケーブルであった。
日本国内では、10BASE-Tによるイーサネット接続が一般家庭・中小企業にも普及し始めたのは、Windows 95が登場した1990年代中頃であり、すぐに100BASE-TXが登場したために、パソコンショップ等の一般消費者向けの店頭でもカテゴリ3のものが見られる時期はごく短かった。LANとLANケーブルが普及してケーブルが初めて敷設される段階で既に、カテゴリ5のケーブルが用いられた。その結果1998年頃から普及価格帯に降りてきた100BASE-TXを、ハブとLANボードの交換だけで利用できることにつながり、移行にかかる手間やコストを大幅に削減しながらも高性能を得ることができた。

UTP

シールドが施されていないツイスト・ペア・ケーブルをUTP（Unshielded Twisted Pair、アンシールデッド・ツイステッド・ペアー）ケーブルと言い、電話線やイーサネットなどで使われる。取回しが簡単で安価なため、特に高速伝送を求められないイーサネットのLAN用途に標準的に使用されている。日本で一般に販売されているLANケーブルの多くはUTPケーブルである。

STP

UTPに対し、電線対にシールドが施されたものをSTP（Shielded Twisted Pair、シールデッド・ツイステッド・ペアー）ケーブルという。これらはノイズが非常に多い工場内や野外、少しでも高い通信速度が必要とされる場面（例：1000BASE-CX）で使われる。
なお、シールドの有無によりUTPとSTPに区別する事は一般的であるが、シールドの方式によりFTP(Foilded TP：ホイルシールド)、STP（編組シールド）に区別することもある（10ギガビット・イーサネット参照）。また規格上は、シールデッドツイストペアはSTPではなく、FTPと呼称されている。
STPを使用する際は接地の必要があるため、ハブなどもSTP対応機器を用いる必要がある。接地については、「LANケーブルのノイズ対策のための接地」

を参照のこと。
カテゴリー5対応STPなどでは一重、カテゴリー7（規格策定中）では二重シールドが施されている。

ストレートとクロス

結線の仕方により、ストレートケーブルとクロスケーブルに分かれる。イーサネットでは、ストレートケーブルはNIC（クライアント・サーバ・ルータ）とハブとの接続、クロスケーブルはNIC同士の接続や、ハブ同士のカスケード接続に使われる。
2007年現在、一般ユーザー向けのスイッチングハブにはほとんどすべてに「AutoMDI/MDI-X」と呼ばれるストレート・クロス自動判別機能が付いている。そのため、スイッチングハブ同士のカスケード接続もストレートケーブルで可能となり、クロスケーブルの必要性は低くなっている。

敷設作業上の注意点

2008年時点では、100BASE-TXから1000BASE-Tへの移行が本格的となっている。PCとスイッチなどを接続するギガビット・イーサネットを使うには、カテゴリー5Eのケーブルでよいとされるが、価格差は殆ど無いためカテゴリー6が主流である。データセンターやバックボーン接続などでは、それよりも上位のカテゴリー6Aを敷設するケースも増えているが、ケーブルが太くて硬いことによる取り回しの悪さや対応機器が存在しないことなどから、こちらはオフィスや家庭で普及する見込みは立っていない。内外の主要メーカーは自社製品を認定業者が正しく施工した場合に限り15年から25年の製品保証をしている。
個人ユーザなどが店頭で購入するLANケーブルは、きりのいい数字の長さ（30cm・50cm・1m・3m・5m・7m・10m・20m・50m・100mなど）で、あらかじめ両端にコネクタを装着したものである。開封してすぐに使えるが、必要な長さとは必ずしも一致せず、例えば、多少の余長を含めて21mの長さが欲しい時に、20mを購入してぎりぎりで使うか、それよりかなり長い50mのものを購入するかしないといけない。
工事業者がLANケーブルを敷設する際は、段ボール箱に入った数十から数百m巻きのケーブルとRJ-45コネクタを用意し、配線した後にケーブルを切断、圧着工具を用いて両端にコネクタを取り付けること（整端あるいは成端と呼ぶ）が一般的である。ケーブルにコネクタを取り付ける作業は少々慣れを要するが、現在では皮むきから圧着まで必要とする機材が含まれた安価なツールセットや、配線を溝に入れて蓋を閉じるだけで完結する工具不要のコネクタも登場している。ただしコネクタを取り付けた後は、LANテスターと呼ばれる測定器で導通や短絡の有無は最低でも確認する必要がある。確実にケーブルの規格に合った通信が行えるか調べるためには、高価（数十万円から100万円以上）なテスターを用いて測定し、減衰や漏話レベルなどが規格内であるか確認する（計測値を記録し報告しなければならない現場も多い）。
カテゴリ6以上のケーブルでは、間隔が非常に狭く加工には慣れが必要になるのでケーブルのメーカーに依頼し、必要な長さのケーブルを特注することもある。

コネクタ周辺

単にRJ45に接続されて外皮をかしめられているだけでなく、折り曲げに強いようにコネクタと外皮をなだらかに覆うパーツや、コネクタの爪が何かに引っかかったまま引っ張られて折れることの無いようカバーするパーツが用いられる場合がある。