РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ
Факультет физико-математических и естественных наук
Направление математика компьютерные науки
Кафедра систем телекоммуникаций
Структурированная кабельная система
Студент Томила С.О.
Группа НК-301
МОСКВА
Список сокращений........................................................................................................... 3
Последняя третичная зона включает горизонтальную прокладку пола и ее окончание в нижнем шкафу. Наиболее часто используемым кабельным соединением является металлическая так называемая витая пара. Кабели могут использоваться как неэкранированные, так и экранированные. Чем выше категория, тем выше скорость передачи данных и тем больше пропускная способность. Кабели в коммутаторах оканчиваются на соединительных панелях в соответствии с соответствующей категорией.
Шкаф включает в себя широкий ассортимент принадлежностей от несущих и силовых панелей, полки для хранения, вентиляционные установки для кондиционеров. Мы устанавливаем структурированные кабели в нашей компании в соответствии с рекомендациями по установке ведущих производителей для получения авторизованной гарантии продукта. Установленная проводка проверяется и измеряется сертификационным измерительным устройством, и соответствующая документация завершается в конце.
Введение............................................................................................................................. 4
1. СКС................................................................................................................................. 4
1.1.Стандартизация СКС................................................................................................... 5
1.2.Принципы построения СКС....................................................................................... 6
1.3.Проблемы внедрения СКС в небольших сетях....................................................... 8
Структурированные кабели также используются при аутсорсинге. Мы предлагаем разработку дизайна низковольтного и сильноточного распределения, проектной документации и внедрение этих решений с использованием наиболее технически и экономически эффективного решения и современных технологий. Уже на этапе проекта мы строим общие условия для построения структурированной кабельной системы, которая включает, в частности, среду, технические параметры, безопасность, дизайн, видение и видение клиентов и сложность используемых технологий.
Большой упор делается на дизайн структурированной проводки - будь то в офисе или в промышленной среде. Уже на этапе проекта мы строим общие условия для построения структурированной кабельной системы, а именно: окружающая среда, технические параметры, безопасность, дизайн, сложность используемых технологий, видения и идеи клиентов.
2.Среда передачи данных................................................................................................ 11
2.1.Медь............................................................................................................................. 11
2.2.Оптоволокно.............................................................................................................. 14
2.3.Эфир............................................................................................................................ 15
3.Активное сетевое оборудование................................................................................. 17
Преимущества структурированной проводки
Универсальность для разных технологий Простое распространение, высокая изменчивость Открытая система для всех стандартизованных типов голосовых, данных и видео приложений Дизайн, т.е. выбор способа хранения кабелей в соответствии с дизайном офисов, а также среды, например, производственных цехов, общих кабельных каналов, подключение к центру Сложность проектирования всей кабельной сети является важным элементом, который ставит в контекст установку связи и других существующих или новых технологий. Разумеется, при сохранении требуемых технических и общепринятых параметров безопасности.
Особенности структурированной проводки
Реализация экранированных и неэкранированных кабелей, а также распределение оптического кабеля. В особенно критических установках мы предлагаем избыточность активных компонентов и сегментов кабеля уже на этапе проекта, так что в случае отказа одного маршрута или активного элемента вся сеть в целом остается функциональной. Структурированные кабели могут быть определены как единая кабельная система для зданий, которая поддерживает все виды услуг связи, таких как телефон, видео, системы безопасности, компьютерные сети и т.д. в сегодняшнем бурном развитии телекоммуникационных технологий структурированные кабели составляют основу для передачи информации внутри и снаружи зданий.3.1 Повторители и концентраторы. .............................................................................. 17
3.2 Мосты. ...................................................................................................................... 18
3.3Маршрутизаторы. ....................................................................................................... 20
3.4 Пассивное оборудование.......................................................................................... 23
4. "Локальные" виртуальные соединения. .................................................................. 24
Горизонтальный кабельный коммутатор
Структурированные кабели состоят из нескольких частей. Является частью кабельной системы от точки подключения до горизонтального распределительного устройства. Поэтому большие площади покрываются несколькими кабельными шкафами. Эти коммутаторы соединены друг с другом резервной линией, которая также подключается к главному коммутатору здания. Является частью кабельной системы, которая служит для концентрации кабелей от отдельных точек подключения. В кабельной разводке горизонтальных кабелей компьютеры подключаются к рабочим станциям в активные элементы компьютерной сети, телефонные аппараты для телефонных коммутационных панелей от коммутатора.
4.1 Организация VLAN с помощью тэгов. .................................................................. 24
4.2 VLAN"ы, использующие группировку портов. ..................................................... 26
Заключение....................................................................................................................... 30
Источники........................................................................................................................ 31
Список сокращений
Для предоставления услуг централизованного оборудования отдельные кабельные шкафы подключаются через магистраль к главному распределительному щиту здания. Волоконно-оптические кабели обычно используются для магистральных сетей, для магистрали телефонной сети обычно используются с несколькими металлическими кабелями.
Это коммутатор, в котором кабели магистральной линии сходятся от отдельных кабельных шкафов. Центральный коммутатор напрямую подключен к главному коммутатору для всего здания, телефонные станции, основные серверные фермы, элементы для соединения сетей с внешними рабочими местами и т.д. в комплексе, состоящем из нескольких зданий, отдельные главные распределительные устройства здания соединены магистральной линией с определенным уровнем резервирования. Внешние магистральные линии построены исключительно из волоконно-оптических кабелей.
Русскоязычные сокращения
Англоязычные сокращения
| Telecommunications Industry Association |
|
| American National Standards Institute |
|
| Electronics Industries Association |
|
| Frequency Hopping Spread Spectrum |
|
| Direct Sequence Spread Spectrum |
|
| Virtual Local Area Network |
Введение
Это линия, которая опосредует соединение отдельных коммутаторов друг с другом. Благодаря своему характеру он построен как высокоскоростной, что он должен обеспечить среду для быстрой передачи больших объемов данных, сконцентрированных с отдельных станций на горизонтальные стойки. Идеальной средой для такой передачи является оптическое волокно.
Оптические кабели создают среду для передачи информации через луч света. Их принципы, технические ресурсы и параметры описаны в следующих параграфах. Все возрастающие требования телекоммуникационных компаний к пропускной способности среды передачи привели к увеличению количества медных кабелей в одном кабеле, чтобы эти требования не могли быть удовлетворены этими средствами. Это привело к созданию нового носителя для передачи информации - волоконной оптики.
Конец 80-х годов ознаменован широким распространением персональных компьютеров во всех сферах человеческой деятельности. Не удивительно, что в это же время начался бурный рост компьютерных сетей.
Но проходил он в весьма неоднозначной ситуации, когда существовало несколько несовместимых технологий передачи данных, использовавших вдобавок принципиально разные кабельные системы. Например, Ethernet 10base5 - толстый коаксиальный кабель, 10base2 - тонкий, ArcNet - похожей толщины, но с иным волновым сопротивлением. Экзотический ныне твинаксиал IBM AS/400. Немного позже, в TokenRing начала применяться экранированная витая пара с волновым сопротивлением 150 Ом, а в Ethernet 10baseT - неэкранированная, и с сопротивлением 100 Ом. И это далеко не весь технический ассортимент того времени.
Оптическое волокно имеет несколько существенных преимуществ по сравнению с стандартными металлическими кабелями. Передача сигналов на дальние расстояния Низкое демпфирование и высокая целостность передаваемого сигнала позволяют передавать оптические системы на гораздо большие расстояния, чем металлические проводники. В то время как для обычных медных кабелей требуются усилители сигнала через несколько километров, оптические дорожки не являются исключением для 100 км неактивных элементов, и это расстояние с новыми технологиями постоянно растет.
Получалось, что кабельная система - самая трудоемкая в замене, и дорогостоящая часть сети зависела от выбора активного оборудования. И подлежала замене вместе с ним. Конечно, некоторые устройства поддерживали несколько стандартов, но стоили соответственно дороже. Тем более постоянная гонка скоростей сводила впустую все усилия разработчиков.
Увеличенная полоса пропускания, меньший диаметр и более низкий вес Оптическое волокно имеет несравненно более высокую пропускную способность, чем стандартные металлические кабели, что позволяет одному волокну передавать значительно больше информации, чем вся медная пара проводов. Меньший диаметр и более низкий вес приводят, среди прочего, к значительно более низким требованиям к кабелю и технологии монтажа.
Более длинная длина. Нижний диаметр и вес кабелей позволяют наматывать кабель на значительно более высокую длину на барабане. Производители соединяют кабель барабана длиной до 12 км, что упрощает установку без установки перемычек. Диэлектричество Оптические кабели в неметаллической конструкции корпуса позволяют использовать передачу информации в средах с высокой степенью инфильтрации электрическим или радиочастотным диапазоном. Оптические кабели могут быть установлены, например, в непосредственной близости от силовых кабелей для распределения мощности без каких-либо ограничений передачи или параметров безопасности.
В данном разделе рассмотрены стандарты, принципы построения и проблемы внедрения СКС в небольших сетях.
1.1. Стандартизация СКС
Попытки были предприняты еще в 1983 году, когда AT&T установила первую структурированную кабельную систему. Но большого распространения пример не получил. Серьезно обстановка изменилась только в 1991 году, когда американская Ассоциация электронных отраслей промышленности (EIA) и Ассоциация индустрии связи (TIA) ввели стандарт на телекоммуникационные кабельные системы EIA/TIA 568, пересмотренный и дополненный в октябре 1995 года до используемого сейчас EIA/TIA 568А.
Безопасность Поскольку электрические принципы не используются для передачи информации, оптические кабели очень трудно, если не невозможно, перехватывать. Любое прерывание кабеля легко обнаруживается. Будущее Что касается его свойств, оптическое волокно также называется «средой будущего». Поэтому установка волоконно-оптических кабелей будет готова к внедрению технологий, которые используют существенно более высокие пропускные способности, чем существующие металлические сети.
Очень важной частью спектра наших услуг является строительство кабельных систем, особенно структурированных для передачи данных и голосовых услуг. Мы устанавливаем кабельные распределения в металлических или оптических исполнениях. Разумеется, установка сертифицированных кабелей.
Целью этого стандарта было определение "структурированной кабельной системы" (СКС), которая может поддерживать любые приложения передачи аналоговых, видео и цифровых данных, и является частью инфраструктуры офиса или промышленного здания. При практическом отсутствии национальных альтернатив, EIA/TIA 568А широко распространился по миру. Именно на его основе были разработаны и приняты международные (ISO/EIC 11801) и европейские (EN50173) стандарты, которые, тем не менее, не нашли такого широкого применения на практике (тем более в России).
Системы связи, домашние телефоны, домофоны, видеоинтерком
Комплексные поставки телекоммуникационных систем также включают системы связи, такие как медицинские учреждения, дома престарелых, диспетчерские центры и т.д. более удобные модели используют компьютерные мониторы для отображения движения рабочих в помещениях и для связи между рабочими местами. Дополнительные средства включают в себя системы объектной связи с дополнительным управлением дверью с помощью электрических замков или других механизмов открытия. Видеоинтермосы позволяют вам идентифицировать людей у входа в ваш дом, дом или квартиру безопасным и безопасным способом или фотографировать людей, включая информацию о времени, например, чтобы посетить квартиру в отсутствие владельца.
В стандарте ANSI/TIA/EIA-568-A описаны требования к производительности и технические характеристики для различных системных конфигураций и компонентов СКС. Он дополняется другими стандартами, соблюдение которых позволяет в полной мере воспользоваться всеми преимуществами СКС. Это ANSI/TIA/EIA-569 (Commercial Building Standard for Telecommunications Pathways and Spaceways), который описывает требования к помещениям, в которых устанавливается СКС и оборудование связи. И ANSI/TIA/EIA-606 (Administration Standard for the Telecommunications Infrastructure of Commercial Buildings), описывающий правила цветовой кодировки, маркировки и документирования смонтированной кабельной системы.
Поставка и монтаж являются аналоговыми, но, прежде всего, цифровыми отраслевыми телефонными станциями. Мы также поставляем все сквозные телекоммуникационные устройства - факсы, модемы, автоответчики, телефоны, беспроводные телефоны. Основой всех коммуникационных решений вашего бизнеса являются высококачественная компьютерная и телефонная проводка. Основная идея структурированной сети заключается в том, что кабельные дистрибутивы полностью универсальны и могут использоваться для самых разных целей.
Мы предложим оптимальное решение для структурированных кабелей, даже в отношении ожидаемого развития информационных технологий. Соберите, установите и установите стойки данных. Мы строим кабельные проводки так, чтобы их срок службы был минимальным дольше, чем срок службы устройств, которые будут их использовать. Преимущества оптических путей - высокая скорость передачи, даже большие расстояния и неограниченные линии передачи, независимо от возмущения, вызванного воздействием окружающей среды.
1.2. Принципы построения СКС
Основными признаками СКС считаются структурированность , универсальность , и избыточность .
Рассмотрим структурированность как главный, вынесенный в название, термин. Среда передачи сигналов состоит из элементов - кабелей и разъемов. Поэтому, функциональные элементы СКС (как части среды передачи), составляют кабели, оснащенные разъемами в точках подключения или коммутации, и проложенные по определенным правилам (с образованием линий и магистралей).
Соберите и установите шкаф данных, включая все принадлежности и защиту от перегрева, сбоя и ниже по потоку от всей системы. Наборы данных оснащены активными элементами для достижения оптимального соотношения между требуемым диапазоном сети, качеством и общей стоимостью построения компьютерных и телефонных коммутаторов. Философия структурированных сетей основана на комплексной интеграции коммуникационных маршрутов и, следовательно, телефонных коммутаторов в одну технологию. Неоспоримым преимуществом является экономия средств на создание отдельной внутренней телефонной сети.
Для фиксации разъемов используют розетки и панели. Для организации линий применяют короба, лотки, лестницы. Это конструктивные элементы СКС, которые не являются часть среды передачи.
По назначению, структурированную сеть принято разделять на подсистемы. Нельзя сказать, что при этом все становится просто и понятно. Нестыковок достаточно. Так, в американских стандартах такого разграничения нет. Однако специально выделена подсистема администрирования... Ничего удивительного нет, ведь СКС - абстрактный термин, практики работают с СКС AT&T, СКС Lucent, СКС Alcatel и т.п. Иначе говоря, у каждого производителя есть хоть небольшая, но свобода действий, которой они пользуются в полной мере.
Так или иначе, на сегодня предпочтительнее ориентироваться на международные стандарты, которые разделяют три подсистемы: магистраль комплекса, магистраль здания и горизонтальную подсистему. В общем случае, путаница так велика, что в проспектах ряда компаний можно найти четыре, пять, восемь и даже девять подсистем.
Магистраль комплекса служит для соединения между собой различных зданий. Как правило, реализуется на оптоволоконном (реже медном кабеле), и позволяет соединять между собой здания, находящиеся на расстоянии до нескольких километров.
Магистраль здания соединяет между собой этажи здания, обеспечивает связь между распределительной панелью здания и панелями этажей. Она должна включать в себя кабель, установленный вертикально между этажными панелями, главную или промежуточную панель в многоэтажном здании, а также кабель, установленный горизонтально между панелями в протяженном одноэтажном здании.
Горизонтальная подсистема является частью, которая проложена между телекоммуникационной розеткой на рабочем месте, и этажной распределительной панелью. Каждый этаж здания рекомендуется обслуживать своей собственной горизонтальной подсистемой. На каждое рабочее место должно быть проложено как минимум два горизонтальных кабеля.
Универсальность в СКС достигается благодаря следованию стандартам, которые позволяют перейти от частных к открытым системам, с унифицированными параметрами, поддерживающими работу оборудования (причем как активного так и пассивного) любых производителей. Добиться этого не слишком просто - в отличии от активного оборудования, СКС создают тысячи и десятки тысяч независимых организаций, всегда в единственном экземпляре, и обычно с учетом своих особенностей. При этом изготовители элементов контролируют малое количество инсталляций (или не контролируют их вообще).
Если к этому добавить необходимость использования в СКС единой системы для всех видов коммуникаций, которые должны эксплуатироваться одной службой, по единым методикам и нормам, то создание серьезной сети является совсем не простой задачей. Системные интеграторы все же не зря едят свой хлеб.
Третий основной признак, избыточность , не слишком хорошо сказывается на стоимости. Но именно это позволяет строителями создавать системы прежде, чем станут известны требования пользователей, и обеспечить большой срок службы телекоммуникационной инфраструктуры здания.
В этом заложен достаточно глубокий экономический смысл. Классическая структурированная кабельная система монтируется на этапе строительства здания, или капитального ремонта. И должна служить без изменений до следующего капитального ремонта (обычно 10-15 лет).
Достигается это путем выполнения монтажа системы не из расчета на существующие потребности, а исходя из требований нормативов (реально с существенным запасом). Поэтому практически любые изменения организационной структуры заказчика не могут привести к необходимости модернизации СКС. Для этого должно быть достаточно переключений на распределительных панелях.
Если попробовать кратко сформулировать преимущества СКС над обычными кабельными системами, то получится следующий список:
Использование универсальных розеток на рабочих местах позволяет подключать к ним различные виды оборудования, и легко менять его месторасположение;
Оправдывают капиталовложения за счет длительной эксплуатации сети без модернизации (снижение полной стоимости владения);
Возможностями внесения изменений и наращивания мощности без изменения существующей сети (путем замены активного оборудования);
Возможно одновременное использование нескольких различных сетевых протоколов;
Не зависят от изменений технологий и поставщика оборудования, используют стандартные компоненты и материалы;
Позволяют комбинировать в одной сети волоконно-оптический и медный кабель.
1.3. Проблемы внедрения СКС в небольших сетях
Считается, что СКС приспособлена для зданий с офисной площадью до 1,000,000 м2, и числом пользователей от 50 до 50000 человек, и расстояниями между зданиями до 3 км. Даже при самом поверхностном взгляде на суть вопроса можно заметить, что указанный диапазон возможностей слишком велик. Можно предположить, что для крайних значений, сети будут оптимизированы не лучшим образом.
Действительно, стандарты разрабатывались достаточно давно, и для американского рынка. Наиболее удобны они, соответственно, для средней американской фирмы, владеющей несколькими зданиями, с общей численностью персонала в 500-5000 человек. Для экономических расчетов так же принимались вполне американские зарплаты специалистов, рабочих и служащих.
Не умаляя огромного достоинства методологии СКС для упрощения работы инсталляторов, с точки зрения потребителя можно выделить три основных недостатка.
Высокая стоимость строительства, которая является неизбежным следствием избыточности и универсальности.
Подмена понятий качества среды передачи данных в сети удобством обслуживания и хорошим внешним видом.
Высокая скорость смены технологий, делающая бессмысленным расточительством долгосрочные гарантии работоспособности.
Рассмотрим эти проблемные вопросы более подробно.
Сеть сама по себе сеть передачи данных мало кому нужна. Потребителю необходима выгода (экономия), которую с ее помощью можно получить. А для экономиста (и/или владельца) строительство локальной сети - не более, чем инвестиция. Поэтому более чем уместно задать вопрос о ее окупаемости.
Увы, диспропорция этого аспекта структурированных кабельных систем в России более чем заметна. Конструктивные элементы покупаются за доллары, а экономия затрат от использования сети получается в рублях. Как правило, для больших фирм потребность в высоком качестве и низкие затратах на длительную эксплуатацию в собственном комплексе зданий перекрывают высокие первоначальные вложения.
Но в небольших сетях ситуация совершенно другая. Нужна ли дорогостоящая СКС фирме, где работает менее 50 человек, которая занимает 10-15 комнат в арендованном здании, на 1-2 этажах? А если простой в течении нескольких часов не нанесет заметных убытков? При таком варианте ответ совсем не однозначен, и зависит от многих дополнительных факторов.
Разумеется, дешевая не структурированная сеть - это совсем не значит свалить все активное оборудование в кучу под стол, разбросать кабеля по полу, обжать разъемы отверткой. Недорогие стойки, короба, шкафы, кабеля от проверенных производителей, хорошая маркировка... Такой подход позволяет сильно экономит средства, и дает вполне достойные результаты для бизнеса.
Но, не смотря на большое количество подобных заказчиков, подобный подход часто не находит предложения. Преобладают крайности - или СКС с полной обвязкой (и за полную стоимость), или "кабель по плинтусу, а хаб - под стол".
Причина во многом идет от отсутствия внятной количественной оценки. Нет ни методик, ни рекомендаций, которые могли пояснять зависимость качества сети от ее стоимости. Существующие стандарты не более, чем удобный структурированный сборник технических рекомендаций, и для этого просто не предназначены. В недорогих решениях их используют подобно описанию к детскому конструктору, не более того.
Широкому распространению СКС в большой мере способствовало стабильность требований протоколов передачи данных последних 5-10 лет. Действительно, простой кабель (и разъемы) категории 5 (до 100 МГц) можно было использовать сначала для 10baseT, потом 100baseT, и даже с некоторыми оговорками, для 1000baseT. Из-за этого существенно замедлился процесс принятия стандартов на системы категории 6, и 7, обеспечивающие более широкую полосу пропускания (до 250-500 МГц).
Воодушевленные ситуацией, производители СКС начали давать 15-ти, 20-ти 25-летние и даже пожизненные гарантии. С точки зрения сохранение работоспособности это верно. Но по вероятному сроку службы это скорее иллюзии, которые питают и производители (это выгодно), и заказчики (так спокойнее).
2. Среда передачи данных
Наиболее популярным материалом для построения современных компьютерных сетей является витая пара. На сегодня это недорогой и универсальный кабель для создания локальных коммуникаций практически любого уровня сложности. Постараемся объяснить, почему она получила такое широкое распространение.
Общее понятие о витой паре
Витая пара - это изолированные проводники, попарно свитые между собой некоторое число раз на определенном отрезке длины, что требуется для уменьшения перекрестных наводок между проводниками. Такие линии как нельзя лучше подходят для создания симметричных цепей, в которых используется балансный принцип передачи информации.
Рис. 2.1.1 Симметричная цепь
Приемник и передатчик гальванически развязаны друг от друга согласующими трансформаторами. При этом во вторичные обмотки (сетевые адаптеры) подается только разность потенциалов первичной обмотки (непосредственно протяженной линии). Из-за этого необходимо отметить два важных момента.
Токи в любой точке идеальной витой пары равны по значению, и противоположны по направлению. Под идеальной витой парой понимается линия, в которой проводники бесконечно плотно прилегают друг к другу, имеют бесконечно малый диаметр, и ток, протекающий через них, стремится к нулю.
Метод накладывает некоторые ограничения на протокол передачи (невозможность передачи постоянной составляющей), но значительно более устойчиво к внешним влияниям.
Разновидности витопарных кабелей
Витая пара не была новым изобретением. До этого она уже многие десятки лет успешно использовалась в телефонии, и остается только удивляться, почему ее перенос на почву Ethernet прошел только сентябре 1990 года, когда был официально принят стандарт 10baseT. Вполне естественно, что это была витая пара 3 категории, с очень большим, в десятки сантиметров, шагом скрутки проводов в паре, и небольшой, до 20 МГц, полосой пропускания (т.е. были взяты прямо из телефонной проводки). Компьютерные кабеля отличало только оформление - 4 пары под одной оболочкой.
Немного позже, одновременно с появлением Fast Ethernet в 1995 году, был введен новый стандарт на кабель Категории 5 (Level 5), с шагом скрутки, меняющемся для разных пар от 12 до 32 мм (например, ряд от Lucent - 15, 13, 20, 24 мм). Делается это для уменьшения перекрестных наводок, о которых будет рассказано ниже. Такой кабель обеспечивает передачу сигналов с частотой до 100 Мбит. Далее, несколько лет назад, появилась Категория 5е (до 125 МГц), в разработке Категоря 6 (до 200 МГц) и Категория 7 (до 600 МГц).
Рис. 2.1.2 Конструкция витой пары
Как правило, кабель имеет 4 пары в одной оболочке. Немного реже встречаются 2-х парные варианты, которые можно применять с ограниченным числом сетевых протоколов.
Проводники изготовлены из монолитной медной проволоки толщиной 0,5 - 0,65 мм. Толщина изоляции - около 0,2 мм, материал обычно поливинилхлорид, для более качественных образцов 5 категории - полипропилен, полиэтилен. Особенно высококлассные кабеля имеют изоляцию из вспененного (ячеистого) полиэтилена, которые обеспечивают низкие диэлектрические потери, или тефлона, который обеспечивающий уникальный рабочий диапазон температур.
Разрывная нить (обычно капрон) используется для облегчения разделки внешней оболочки - при вытягивании она делает на оболочке продольный разрез, которы открывает доступ к кабельному сердечнику, гарантированно не повреждая изоляцию проводников.
Внешняя оболочка имеет толщину 0,5-0,6 мм, и обычно изготавливается из привычного поливинилхлорида с добавлением мела, который повышает хрупкость. Это необходимо для точного облома по месту надреза лезвием отрезного инструмента. Кроме этого, начинают применяться так называемые "молодые полимеры", которые не поддерживают горения, и не выделяют при нагреве галогенов. Их широкому внедрению пока мешает только более высокая (на 20-30%) цена.
Самый распространенный цвет оболочки - серый. Оранжевая окраска, как правило, указывает на негорючий материал оболочки, который позволяет прокладывать линии в закрытых областях. В общем случае, цвета не обозначают особых свойств, но их применение позволяет легко отличать коммуникации c разным функциональным назначением, как при монтаже, так и обслуживании.
Отдельно нужно отметить маркировку. Кроме данных о производителе и типе кабеля, она обязательно включает в себя метровые или футовые метки.
2.2. Оптоволокно
Принцип работы оптоволоконной линии не сложен. Источником распространяемого по оптическим кабелям света является светодиод (или полупроводниковый лазер), а кодирование информации осуществляется двухуровневым изменением интенсивности света (0-1). На другом конце кабеля принимающий детектор преобразует световые сигналы в электрические.
Для передачи информации мало создать световую волну, надо ее сохранить и направить в нужном направлении. В однородной среде свет (электромагнитная волна) распространяется прямолинейно, но на границе изменения плотности среды по оптическим законам происходит изменение направления (отражение), или преломление.
В используемых в настоящее время схемах луч от светодиода или лазера впускают в более плотную среду, ограниченную менее плотной. При правильном подборе материалов, происходит эффект полного отражения (преломление отсутствует). Таким образом, транспортируемый сигнал "идет" внутри замкнутой среды, проделывая путь от источника сигнала до его приемника.
Остальные элементы кабеля - лишь способ предохранить хрупкое волокно от повреждений внешней средой различной агрессивности.
Рис. 2.2.1 Конструкция оптического волокна
Сложность конструкции скорее кажущаяся, чем реальная. Основные элементы показаны на рисунке. Внешний диаметр отражающей оболочки унифицирован для всех типов кабелей и составляет 125±2 мкм. В этот размер входит и 2-3 мкм. слой лака, который служит защитой от влаги и связанной с ней коррозии.
Первичную механическую прочность и гибкость рассматриваемой конструкции придает защитное покрытие из эпоксиакриолата, часто называемое буфером. Как правило, для удобства монтажа его окрашивают в разные цвета. Толщина покрытия составляет 250±15 мкм. Кроме этого, для лучшей защиты волокна и более удобного монтажа разъемов часто применяются конструкции с вторичным буфером диаметром 900 мкм, который без зазора уложен на первичный.
Если вспомнить историю, то Ethernet идеологически начинался именно как "эфирная" радиосеть. Поэтому возвращение к истокам (хоть и в совершенно новом качестве) должно было когда-нибудь произойти. И показательно, что сегодня радиомодуль беспроводной связи становится такой же обычной принадлежностью компьютеров как, например, встроенный модем или сетевая карта.
Но если по логике работы беспроводные сети весьма похожи на Ethernet (по крайней мере в наиболее распространенных стандартах), то на физическом уровне отличия более чем заметны. Да это и понятно - свойства "воздушной" среды очень далеки от "медного" кабеля.
Для использования широкой полосы частот было разработано две принципиально различающихся между собой технологии. Это метод прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum - DSSS) и метод частотных скачков (Frequency Hopping Spread Spectrum - FHSS).
В режиме FHSS весь диапазон 2,4 ГГц используется как одна широкая полоса (с 79 подканалами). В режиме DSSS этот же диапазон разбит на несколько широких DSSS-каналов, так что до трех таких каналов может использоваться независимо и одновременно на одной территории. Номинальная скорость каждого канала 2 Мбит/с.
Метод DSSS позволяет достигать значительно большей производительности (2 Мбит/с на один канал, 6 Мбит/с на весь диапазон 2,4 ГГц), а кроме того, обеспечивают большую устойчивость к узкополосным помехам (выбором поддиапазона для передачи можно отстроиться от помех), и большую дальность связи.
FHSS выпускается значительно большим количеством компаний, она проще и дешевле, однако и пропускная способность ее ниже. Однако, достоинство FHSS-устройств состоит в том, что они, в отличие от DSSS, могут сохранять работоспособность в условиях широкополосных помех - например, создаваемых DSSS-передатчиками. Недостаток - сами они при этом мешают обычным узкополосным устройствам.
3.Активное сетевое оборудование
Активные устройства осуществляют формирование, преобразование, коммутацию, а так же прием сигнала с использованием внешнего (не передающегося в составе сигнала) источника энергии. Соответственно, они является неотъемлемым компонентами любой сети передачи данных.
Вопрос правильного выбора оборудования далеко не второстепенен. Даже в недорогих офисных сетях от этого зависит качество и скорость работы сети. Что уж говорить про условия домашних сетей, с их жесткой внешней средой и критическими нагрузками. В этом случае важны даже мелочи, приходится ориентироваться не только на тип и параметры устройства, но на опыт реальной эксплуатации разных моделей.
Активные устройства можно, с некоторой долей условности, разделить на рабочие станции, повторители (концентраторы), коммутаторы, мосты и маршрутизаторы.
3.1 Повторители и концентраторы.
Одной из первых задач, которая стоит перед любой технологией транспортировки данных, является возможность их передачи на максимально большое расстояние.
Физическая среда накладывает на этот процесс свое ограничение - рано или поздно мощность сигнала падает, и прием становится невозможным. При этом не имеет значения абсолютное значение амплитуды - для распознавания важно соотношение сигнал/шум.
Привычное для аналоговых систем усиление не годится для высокочастотных цифровых сигналов. Разумеется, при его использовании какой-то небольшой эффект может быть достигнут, но с увеличением расстояния искажения быстро нарушат целостность данных.
Проблема не нова, и в таких ситуациях применяют не усиление, а повторение сигнала. При этом устройство на входе должно принимать сигнал, далее распознавать его первоначальный вид, и генерировать на выходе его точное подобие. Такая схема в теории может передавать данные на сколь угодно большие расстояния (если не учитывать особенности разделения физической среды в Ethernet).
Первоначально в Ethernet использовался коаксиальный кабель с топологией "шина", и нужно было соединять между собой всего несколько протяженных сегментов. Для этого обычно использовались повторители (repeater), имевшие два порта. Несколько позже появились многопортовые устройства, называемые концентраторами (concentrator). Их физический смысл был точно такой же, но восстановленный сигнал транслировался на все активные порты, кроме того, с которого пришел сигнал.
Рис. 3.1.1. Схематическое изображение активных устройств
С появлением протокола 10baseT (витой пары) для избежания терминологической путаницы многопортовые повторители для витой пары стали называться хабами (hub), а коаксиальные - репитерами (по крайней мере в русскоязычной литературе). Эти названия хорошо прижились, и используется в настоящее время очень широко.
В предыдущей главе было показано, что для соединения двух соседних сегментов Ethernet можно применять повторители или концентраторы. Но что делать, если две (или более) сети уже слишком велики для объединения в один коллизионный домен, или, вдобавок, территориально удаленны друг от друга?
Для решения этой задачи применяют мосты (Bridge). Как и повторители, они принимают данные на входящий порт, и передают на исходящий с восстановленными уровнем и формой сигнала. Но на этом сходство заканчивается, и начинаются различия.
Рис. 3.2.1 Схема типичного варианта применения моста
Мост принимает входящий кадр в свой буфер, определяет его целостность и адрес (МАС) назначения. При этом каждая половина моста, анализируя поле адреса отправителя, ведет таблицу Ethernet-адресов узлов, находящихся на своей стороне. На другую сторону моста передаются только кадры широковещательной рассылки (Broadcast), и кадры, не имеющие получателя на своей стороне. Таким образом, коллизии не транслируются (как это происходит в повторителях).
Буферизация данных перед их отправкой (store-and-forward) приводит к возникновению большей по сравнению с концентраторами задержки, что несколько снижает скорость работы сети. С другой стороны, количество устройств, которые разделяю между собой физическую среду, снижается. В результате обычно реальная скорость передачи данных возрастает.
Первые мосты были, подобно повторителям, двухпортовыми. Но распространение получила технология 10baseT, построенная на многопортовых хабах, и следовательно, популярность получили многопортовые мосты. Последние приобрели специальное название - коммутатор (switch), которое полностью вытеснило старый термин.
Тем не менее, совсем из сетевого лексикона мосты не исчезли. Так часто стали называть устройства, предназначенные для связи ЛВС по отличной от Ethernet физической среде.
В свете такого использования, надо отметить следующий момент. Мосты не могут выполнять фрагментацию и повторную сборку пакетов более высокого (сетевого) уровня. Это свойство вызывает важное, но не заметное на первый взгляд следствие. Многие модели мостов имеют ограничение по размеру передаваемого кадра, слишком большой может быть отброшен как поврежденный.
3.3Маршрутизаторы.
Можно сказать, что маршрутизаторы (роутеры, routегs) - это следующая ступень сетевой иерархии. Упрощенного говоря, их задача - выбор маршрута передачи данных (иначе говоря, объединение разнородных сетей). Соответственно, если мосты для передачи кадров используют адреса физического уровня (МАС), то маршрутизаторы (роутеры) обычно используют IP адреса глобальной сети Интернет.
Для этого им, как минимум, нужно развернуть кадр Ethernet, извлечь из его поля данных дейтаграмму IP, и по ее заголовку направить пакет (возможно, опять упаковав дейтаграмму в кадр Ethernet). Однако, большинство маршрутизаторов работает по еще более сложному алгоритму, используя для передачи данных протоколы следующих уровней модели OSI .
Рис. 3.3.1 Применение маршрутизатора в корпоративно сети
Подобно повторителям, маршрутизаторы восстанавливают уровень и форму предаваемого сигнала. Так же, как и мосты, они не передают адресату коллизии или поврежденные кадры, и из-за буферизации имеют задержку при передаче. Но в отличие от повторителей, мостов и коммутаторов, маршрутизаторы изменяют все передаваемые кадры Ethernet (вернее сказать, они их разбирают, и формируют заново по определенным правилам).
Но даже на этом функциональные возможности роутеров не заканчиваются. В зависимости от типа, программного обеспечения, они могут поддерживать очень сложные и не типовые функции. Например, подсчет трафика, авторизацию пользователей, ведение статистики, и т.п.
Так же очень сильно они могут отличаться по мощности. Наиболее простой и недорогой вариант - персональный компьютер с несколькими (или даже одной) сетевыми адаптерами. Программное обеспечение может быть любым, но наиболее распространены клоны unix - linux или FreeBSD, которым обычно достаточно даже устаревших "486" процессорных блоков.
Несмотря на большие функциональные возможности, и сравнительно не большую скорость, маршрутизаторы практически не применяются в локальных сетях. В них просто нет надобности, а большие потенциальные возможности обычно оборачиваются малой надежностью и сложностью в эксплуатации. Поэтому применять маршрутизацию желательно как можно реже, только в случаях, когда от нее невозможно отказаться.
Классический пример их использования в простых провайдинговых схемах - граница между локальной сетью и Интернет. Вот незаменимые преимущества маршрутизаторов в этой технологической нише:
Обеспечивает более высокий уровень локализации трафика, чем мост, так как позволяет фильтровать широковещательные кадры, не имеющие корректных адресов назначения (нет угрозы бродкастовых штормов);
Развитые возможности защиты от несанкционированного доступа из-за возможности использования фильтрации трафика на более высоких уровнях модели OSI (сетевом и транспортном);
Сеть, части которой соединены через маршрутизаторы, не имеют ограничений на число узлов;
Обеспечивают возможность настройки параметров качества (Quality of Service, QoS), настройку системы приоритетов, ширины полосы пропускания для каждого типа трафика;
Поддерживают основные протоколы динамической маршрутизации, такие как RIP, OSPF, BGP-4, IPX RIP/SAP, могут связывать несколько IP сетей одновременно;
Последняя возможность очень важна для построения действительно больших телекоммуникационных сетей со сложной, и часто многосвязной топологией. При этом задача максимально эффективной и быстрой доставки отправленного пакета решается совсем не просто. Распространены два основных алгоритма выбора наиболее выгодного пути и способа: RIP и OSPF.
При использовании протокола RIР, основным критерием выбора является минимальное число сетевых устройств между устройством-отправителем и получателем. Технически это просто реализуется, не требует существенных вычислительных ресурсов, и достаточно часто применяется в простых сетях.
Однако, понятно, что лучше 10 ретрансляторов на оптоволокне, чем одно модемное соединение. Поэтому при использовании RIP на практике появляется много дополнительных ограничений, серьезно затрудняющих управление.
OSPF лишен этих недостатков, поскольку который кроме числа "хопов" учитывает производительности сети, задержки при передаче пакета и т.п. критерии. Оборотной стороной, как обычно, является относительно высокая сложность управления, и требовательность к аппаратным ресурсам.
Производительность маршрутизаторов принято измерять в PPS (Packets Per Second), т.е. количество маршрутизируемых пакетов в секунду.
3.4 Пассивное оборудование
К пассивному сетевому оборудованию относится: кабели, патч-корды, различные розетки, кросс-панели, соединительные шнуры, кабельные разъёмы, модульные гнёза информационные розетки, а также монтажные шкафы используемые для размещения и защиты телекоммуникационного оборудования, коммутационных панелей и соединительных кабелей.
4. "Локальные" виртуальные соединения.
Рассмотрим подробнее "локальный" метод. По сути, он сводится к организации виртуальных сетей (иначе говоря, Virtual LAN, VLAN) "поверх" общего Ethernet"а при помощи специального активного оборудования ЛВС.
Существует несколько способов построения виртуальных сетей. Ниже приведены три наиболее распространенных:
Группировка портов. Трафик каждого порта можно отнести к той, или иной виртуальной сети. Так же можно назначить на один порт несколько виртуальных сетей. При этом информация о таком VLAN содержится только непосредственно на коммутаторе, и по сети не передается.
Группировка МАС-адресов. В этом случае кадр относится к какой-либо Vlan на основании МАС-адреса (по специальной таблице, заполняемой администратором сети).
Использование дополнительных меток (тегов) в поле данных кадра Ethernet. При этом к кадру Ethernet добавляются два байта, которые содержат информацию по его принадлежности к Vlan, и о его приоритете (тремя битами кодируется до восьми уровней приоритета, 12 бит позволяют различать до 4096 Vlan, а один бит зарезервирован для обозначения кадров сетей других типов).
При одинаковом названии и области применения способы создания виртуальных сетей отличаются друг от друга кардинально, и требует рассмотрения в отдельных параграфах.
4.1 Организация VLAN с помощью тэгов.
Наиболее очевидным (но далеко не самым простым технически) способом разделения сетей будет присваивать каждому кадру Ethernet специальной метки (тэги), в соответствии с которым свитчи будут коммутировать их путь по сети. Для этого было придумано не мало корпоративных решений (ISL Cisco, VLT 3com), но в конце концов появился единый стандарт IEEE 802.1q, который в настоящее время можно считать общепринятым.
Тегированные кадры позволяют построить виртуальную сеть для каждого пользователя (или их группы). Связь между различными виртуальными сетями должна осуществляться на сервере (или коммутаторе 3-го уровня) посредством IP маршрутизации на 3-ем (сетевом) уровне модели OSI,
При этом создается полное ощущение, что каждый пользователь имеет свой свою выделенную линию (с негарантированной скоростью) до центрального узла, и подключен к отдельному сетевому адаптеру маршрутизатора.
Технически подобная схема выглядит следующим образом:
Каждый пользователь находится в своей, виртуальной сети (VLAN). Кадр, попадая от него в коммутатор, получает 2-х байтовую метку (тэг), которая назначена на данный порт. Он размещается в поле данных кадра Ethernet, из-за чего его длина увеличивается (и может быть неправильно обработана какими-либо устройствами). Далее кадр может пройти несколько свитчей, которые будут направлять его в соответствии с установленными правилами. В случае, если коммутатор не имеет функции распознавания тэгов, кадр будет обработан в соответствии с общими правилами коммутируемого Ethernet.
Можно выделить три типа порта. Входной, на котором тэги устанавливаются, выходной, на котором они убираются, и транковый, через который они передаются между активными устройствами (в одном физическом канале несколько виртуальных сетей). Таким образом может быть построена защищенная сеть очень больших размеров.
Нужно специально отметить, что имеется в виду именно транк (объединение) на уровне протокола. Дело в том, что такой термин может означать нечто совсем иное - а именно объединение портов в группу, для увеличения скорости передачи данных между двумя коммутаторами (или коммутатором и многопортовой сетевой картой). Такая линия с точки зрения пользователя выглядит как один более скоростной порт. Получается передача со скоростью 200, 300, 400... до 800 Мбит, соответственно, при объединении 2,3,4...8 портов.
Рис. 4.1.1 Виртуальные сети на основе тэгов
Что нужно для работы по такой привлекательной схеме? Всего-то поддержку устройствами стандарта IEEE 802.1q, или собственного корпоративного аналога. При этом двух байт, добавленных в кадр Ethernet, вполне хватает для распознавания "своих" данных (и не только для этого).
Следует отметить, что VLAN может быть настроен как вручную, так и фирменными средствами производителя оборудования. Например, Cisco использует протокол VTP, который служит для распространения информацией о виртуальных сетях. Он позволяет вести их базу централизовано, и распространять ее по технологии клиент-сервер.
4.2 VLAN"ы, использующие группировку портов.
Очевидно, что стоимость коммутатора в немалой части состоит из цены использованного программного обеспечения. При разработке устройства VLAN (как многие сложные протоколы работы) требуют высоких затрат. Можно на них идти (что неизбежно скажется на итоговой цене конечного продукта), можно обойтись меньшим, выпустив на рынок промежуточный вариант.
Пока вся сеть состоит только из одного такого устройства, механизм прекрасно работает. Имеет смысл даже представить большой коммутатор в виде нескольких более маленьких. А если нужно маршрутизировать разные сети через сервер - в него можно установить несколько реальных (физических) сетевых карт, соединить их реальными кабелями с реальными портами, прописать нужные Vlan. Только таким способом можно получить полностью изолированные "виртуальные" сети.
Рис. 4.2.1 Vlan, использующий группировку портов устройства.
Такое "экстравагантное" решение имеет вполне осмысленное экономическое обоснование - мощное управляемое устройство намного удобнее, и обычно дешевле, чем несколько более слабых. Да и пользователей в группы можно помещать удаленно, не производя физических переключений. Так что для небольшой офисной ЛВС такой инструмент может оказаться даже более удобным, чем Vlan на основе протоколов. Просто, надежно, достаточно безопасно и не дорого.
Однако для сети передачи данных (или даже крупной ЛВС), обеспечить работу пользователей в отдельных виртуальных сетях не удастся полностью. Но разумный компромисс возможен, особенно для сетей, имеющих явно выраженную "древовидную" структуру доступа к данным.
Рис. 6.3. Подключение пользователей через серверный порт.
Логика работы (но не алгоритм) при этом относительно запутанная, и часто зависит от производителя. В большинстве случаев все исходящие кадры (2-го сетевого уровня по модели OSI) пересылаются на единственный серверный порт, и оттуда уходят в сеть передачи данных.
Очевидно, что полной защиты пользователей друг от друга такая сеть не имеет. Тем не менее, с некоторыми допущениями можно сказать, что с помощью VLAN на основе группировки портов можно построить сеть, в которой абоненты не смогут обмениваться трафиком иначе, чем через сервер (шлюз).
При этом важным становится правильный дизайн сети. Если она сделана как "дерево" из коммутаторов, поддерживающих VLAN на основе группировки портов, то разделение на виртуальные сети хоть и с оговорками, но будет работать. Но если "серверные" порты коммутаторов будут связаны через обычный неуправляемый коммутатор, или хаб - система рушится. То же самое произойдет при неправильной настройке сервера (шлюза).
Заключение
В данной работе были рассмотрены основы СКС и среды передачи данных, активное и пассивное сетевое оборудовние, а также виртуальные сети. СКС позволяют интегрировать вычислительные, телефонные и другие коммуникационные сети, а также все элементы системы пожарной и охранной сигнализации в единое кабельное пространство, что позволяет сэкономить значительные средства при перепланировках рабочих мест. Для изменения конфигурации СКС системному администратору достаточно переключить кабель на патч-панели с одного гнезда на другое.
Источники
1. http://www.sip-telecom.ru/connectorb.htm
2. http://network.xsp.ru/ckc.php
3. Э. Таненбаум «Компьютерные сети», 4-ое издание, ПИТЕР 2003
4. В Интернет через Ethernet От соединения двух компьютеров до сети микрорайона - http://www.nag.ru/goodies/book/