Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
8
Лекция 4. Кабельные системы для локальных сетей.
4.1. Концепция и преимущества структурированной кабельной системы.
Как уже отмечалось, структурированность - это неотъемлемая черта сети и на физическом уровне это свойство выражается в структурированности кабельной системы.
Согласно зарубежным исследованиям (журнал LAN Technologies) 70% времени простоев обусловлено проблемами, возникшими вследствие низкого качества применяемых кабельных систем. Поэтому так важно правильно построить фундамент сети - структурированную кабельную систему.
Структурированная кабельная система (Structured Cabling System, SCS) - это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.
Рассмотренные в предыдущих разделах протоколы нижних уровней транспортной подсистемы и базовые топологии физических связей в сегментах локальных сетей, в которых реализуются эти протоколы, позволяют сделать вывод: между различными стандартами есть много общего по отношению к используемой физической основе сети - кабельной системе. Большинство стандартов, как старых, так и новых, использует три основных типа кабелей - неэкранированную витую пару (UTP), экранированную витую пару (STP) и многомодовый оптоволоконный кабель. При этом практически все стандарты используют иерархические древовидные структуры физических связей между конечными станциями и концентраторами, независимо от выполняемых концентраторами функций. Поэтому возможно создание на основе этих видов кабелей такой кабельной системы внутри здания или в пределах комплекса зданий, которую путем перекоммутации кабелей в специальных кроссовых секциях и шкафах можно было гибко и без больших дополнительных затрат приспосабливать в течение 5 - 10 лет к изменяющейся структуре сети и появляющимся новым протоколам.
Кабельная система такого типа всегда будет обладать некоторой долей избыточности. Так, в каждой комнате здания должно быть разведено достаточное количество оконечных розеток, к которым подключаются сетевые адаптеры компьютеров, даже если в настоящее время в таком количестве розеток и нет необходимости. Эти ненужные розетки могут никуда не подключаться, но быть подведенными к ближайшему кроссовому шкафу, чтобы подключиться к новому концентратору, когда это станет необходимо. Начальная избыточность
структурированной кабельной системы окупится достаточно быстро, так как стоимость наращивания кабелей и розеток в действующей кабельной системе всегда выше, чем их установка в период установки всей кабельной системы.
Кроме того, желание получить ясную структуру кабельной системы также приводит к избыточности, так как здесь иногда приходится жертвовать элегантным, но отклоняющимся от общей схемы решением, в пользу избыточного, но единообразного решения.
Преимущества структурированной кабельной системы:
• Универсальность. Структурированная кабельная система при продуманной организации может стать единой средой для передачи компьютерных данных в локальной вычислительной сети, организации локальной телефонной сети, передачи видеоинформации и даже передачи сигналов от датчиков пожарной безопасности или охранных систем. Это позволяет автоматизировать многие процессы по контролю, мониторингу и управлению хозяйственными службами и системами жизнеобеспечения.
• Увеличение срока службы. Срок морального старения хорошо структурированной кабельной системы может составлять 8-10 лет.
• Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения. Стоимость кабельной системы в основном определяется не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке. Поэтому более выгодно провести однократную работу по прокладке кабеля, возможно с большим запасом по длине, чем несколько раз выполнять прокладку, наращивая длину кабеля. Это помогает быстро и дешево изменять структуру кабельной системы при перемещениях персонала или смене приложений.
• Возможность легкого расширения сети. Структурированная кабельная система является модульной, поэтому ее легко наращивать, что позволяет легко и ценой малых затрат переходить на более совершенное оборудование, удовлетворяющее растущим требованиям к системам коммуникаций.
• Обеспечение более эффективного обслуживания. Структурированная кабельная система облегчает обслуживание и поиск неисправностей по сравнению с шинной кабельной системой.
• Надежность. Структурированная кабельная система имеет повышенную надежность поскольку обычно производство всех ее компонентов и техническое сопровождение осуществляется одной фирмой-производителем.
4.2. Выбор кабеля для различных подсистем.
В состав любой кабельной системы входят кабели различных типов, каждый из которых имеет свою область или области назначения. Для определения областей назначения того или иного типа кабеля полезно выделять в кабельной системе отдельные подсистемы. В типичную иерархическую структурированную кабельную систему входят горизонтальные и вертикальные подсистемы, а также подсистема кампуса.
Горизонтальные подсистемы работают в пределах отдела и соединяют кроссовый шкаф этажа с розетками пользователей. Подсистемы этого типа соответствуют этажам здания.
Вертикальные подсистемы работают внутри здания, соединяют кроссовые шкафы каждого этажа с центральной аппаратной здания. Подсистема кампуса, работающая в пределах территории между зданиями, соединяет несколько зданий с главной аппаратной всего кампуса. Эта часть кабельной системы обычно называется backbone (или магистралью).
При выборе кабеля для той или иной подсистемы принимаются во внимание следующие его характеристики: полоса пропускания, расстояние, на котором он может работать, защищенность, электромагнитная помехозащищенность, стоимость. Кроме того, при выборе кабеля нужно учитывать, какая кабельная система уже установлена на вашем предприятии, и какие тенденции и перспективы существуют на рынке в данный момент.
Исторически стандарты на различные типы кабелей, которые могут быть применены в локальных вычислительных сетях, разрабатывались различными организациями. Так, стандарты на экранированную витую пару установила компания IBM, разработавшая свою кабельную систему, стандарты на неэкранированную витую пару разрабатывались телефонными компаниями и т. п. В настоящее время принята версия стандарта Е1А/Т1А 568А, которая определяет основные параметры неэкранированной витой пары 100 0м UTP, экранированной витой пары 150 0м STP и волоконно-оптического кабеля, то есть тех видов кабелей, которые покрывают все разнообразие физических уровней современных стандартов для локальных сетей. Коаксиальный кабель не вошел в этот стандарт, так как он является устаревшим видом носителя, который хотя и можно применять, но не рекомендуется, и отсутствие его в стандарте Е1АЛГ1А 568А - аргумент в пользу отказа от коаксиала в новых проектах.
Медный неэкранированный кабель в зависимости от электрических характеристик и производительности разделяют на 5 категорий (или уровней). Кабели категорий 1 и 2 не включены в этот стандарт как не подходящие для передачи данных.
Кабели 1 категории применяются там, где требования к скорости передачи минимальны, Обычно это кабель для цифровой и аналоговой передачи голоса и низкоскоростной (до 20 кб/с) передачи данных.
Кабели 2 категории были впервые применены фирмой IBM при построении собственной кабельной системы. Главное требование к кабелям этой категории - способность передавать сигнал с частотой до 1 МГц. Основные приложения второй категории - сети ISDN и низкоскоростная передача данных.
Сводная информация соответствия сетевых стандартов для категорий 3, 4 и 5 приведена в таблице 4.1.
|
Таблица 4.1 |
||
|
Категория |
Кабельные системы |
Сетевая среда |
|
Категория 3 |
UTP до 16 МГц |
10Base-T 4 Мб/с Token Ring ARCnet 100VG-AnyLAN 100Base-T4 |
|
Категория 4 |
UTP до 20 МГц |
16 Мб/с Token Ring Low loss 10Base-T |
|
Категория 5 |
UTP, STP до 100МГц |
ATM (155 МГц) TP-PMD (CDDI) 100Base-T/X |
Необходимо отметить, что стандарт Е1А/Т1А 568А относится только к сетевому кабелю. Но реальные системы, помимо кабеля, содержат также коннекторы, розетки, распределительные панели и др., т.е. все, что в совокупности составляет понятие кабельной системы. Использование только кабеля типа 5 не гарантирует создание кабельной системы этой категории. Все составные части кабельной системы также должны удовлетворять требованиям соответствующей категории, то есть работать без ухудшения электрических параметров передаваемых сигналов в заданных частотах. Важное значение имеет также технология инсталляции всех компонентов системы, нарушение которой приведет к снижению категории,
В конце 1995 года был принят стандарт TSB-67, который определяет способы сертификации кабельными тестерами коннекторов и проводки из неэкранированной витой пары на соответствие требованиям стандарта Е1А/Т1А 568А.
Из описанной согласованной схемы стандартов несколько выпадает проверка кабельной проводки категории 5 на возможность использования в сети АТМ со скоростью 155 Мб/с, так как указанные стандарты описывают параметры и методику их проверки только до частоты 100 МГц и являются протокольно-независимыми. АТМ Forum определил свои требования к качеству сигналов протокола АТМ, передаваемых по кабелю категории 5 -это спецификация AF-PHY-0015.000. Такой подход противоречит политике организаций по стандартизации кабельных систем, так как требует сертификации кабельной системы отдельно для каждого применяемого на ней протокола. Тем не менее некоторые производителя. в частности компания Scope Communications (продукт WireScope 155), выпустили кабельные тестеры для проверки возможности работы протокола АТМ на скорости 155 Мб/с на конкретном кабеле.
Большинство проектировщиков начинают разработку структурированной кабельной системы с разработки горизонтальных подсистем, так как именно к ним подключаются конечные пользователи. При этом они могут выбирать между:
• экранированной витой парой,
• неэкранированной витой парой,
• коаксиальным кабелем,
• волоконно-оптическим кабелем,
• беспроводной связью.
Общим правилом является использование в горизонтальных подсистемах неэкранированной витой пары. За рубежом во многих зданиях имеется неиспользуемая телефонная проводка витой пары. Неэкранированная витая пара поддерживает протоколы Local-Talk, Ethernet, Token Ring, ArcNet, FDDI.
После принятия стандарта 10Base-T количество узлов, использующих неэкранированную витую пару, быстро превзошло количество узлов на коаксиальном кабеле.
Экранированная витая пара по характеристикам полосы пропускания и расстояния также подходит для создания горизонтальных подсистем. Но, так как, неэкранированная витая пара может передавать данные и голос, то она используется чаще. Экранированная витая пара используется для связи в сетях, базирующихся на продуктах IBM и Token Ring.
Коаксиальный кабель - это устаревшая технология, которую следует избегать, если только она уже широко не используется на вашем предприятии. До 1991 года в мире большая часть сетевых узлов использовала тонкий или толстый коаксиальный кабель. После принятия в 1991 году стандарта 10Base-T произошло резкое увеличение числа использований витой пары. Однако коаксиальный кабель все еще остается одним из возможных вариантов кабеля для горизонтальных подсистем. Особенно в случаях, когда высокий уровень электромагнитных помех не позволяет использовать витую пару.
Сети, использующие тонкий Ethernet, можно быстро собрать, так как компьютеры непосредственно соединяются друг с другом. До появления стандарта 10Base-T тонкий Ethernet был основным кабелем для горизонтальных подсистем. Главный недостаток тонкого Ethernet'a - сложность его обслуживания. Каждый конец кабеля должен завершаться терминатором 50 0м. При отсутствии терминатора или утере им своих рабочих свойств (например, из-за отсутствия контакта) перестает работать весь сегмент сети, подключенный к этому кабелю. Аналогичные последствия имеет плохое соединение любой рабочей станции (осуществляемое через Т-коннектор).
Неисправности в сетях на тонком Ethernet'e сложно локализовать. Часто приходится отсоединять Т-коннектор от сетевого адаптера, тестировать кабельный сегмент и затем последовательно повторять эту процедуру для всех присоединенных узлов. Поэтому стоимость эксплуатации сети на тонком Ethernet'e обычно значительно превосходит стоимость эксплуатации сетей на витой паре, хотя материальные затраты на кабельную систему для тонкого Ethernet'a обычно ниже.
Хотя основное назначение оптического кабеля - это вертикальная подсистема и подсистемы кампусов, волоконно-оптический кабель может использоваться и в горизонтальных подсистемах. Это происходит в тех случаях, когда нужна высокая степень защищенности данных, высокая пропускная способность, устойчивость к электромагнитным помехам или, если кабельная система прокладывается в агрессивной среде. Стоимость установки сетей, которые используют оптоволоконный кабель для горизонтальной подсистемы, оказывается весьма высокой. Эта стоимость складывается из стоимости сетевых адаптеров (2-3 тысячи долларов каждый) и из стоимости монтажных работ, которая в случае оптоволокна гораздо выше, чем при работе с другими видами кабеля (примерно 200 долларов на подвод к одному рабочему месту). С волоконно-оптическим кабелем работают протоколы AppleTalk, ArcNet, Ethernet, FDDI и Token Ring, а также новые протоколы 100VG-AnyLAN, Fast Ethernet, ATM.
Беспроводная связь является новой и многообещающей технологией, однако
из-за сравнительной новизны ее лучше использовать в ограниченных масштабах для неответственных применений.
Кабель, передающий данные в вертикальной (или магистральной) подсистеме, должен передавать данные на большие расстояния и с большей скоростью по сравнению с кабелем горизонтальной подсистемы. В прошлом основным видом кабеля для вертикальных подсистем был коаксиальный кабель. Теперь для этой цели все чаще используется оптоволоконный кабель.
Для вертикальной подсистемы выбор кабеля в настоящее время ограничивается тремя вариантами:
• оптоволокно,
• толстый коаксиал,
• широкополосный кабель.
Применение волоконно-оптического кабеля в вертикальной подсистеме имеет ряд преимуществ.
Он передает данные на значительно большие расстояния без необходимости регенерации сигнала. Он имеет сердечник меньшего диаметра, поэтому может быть проложен в более узких местах. Так как передаваемые по нему сигналы являются световыми, а не электрическими, то оптоволоконный кабель не чувствителен к электромагнитным и радиочастотным помехам, в отличие от медного коаксиального кабеля. Это делает оптоволоконный кабель идеальной средой передачи данных для сетей, работающих в промышленности. Оптоволоконному кабелю не страшна молния, поэтому он хорош для внешней прокладки. Он обеспечивает более высокую степень защиты от несанкционированного доступа, так как ответвление гораздо более легко обнаружить, чем в случае медного кабеля. (При ответвлении резко уменьшается интенсивность света.)
Оптоволоконный кабель имеет и недостатки. Он гораздо дороже чем, медный кабель, дороже обходится и его прокладка. Оптоволоконный кабель менее прочный, чем коаксиальный. Инструменты, применяемые при прокладке и тестировании оптоволоконного кабеля, имеют высокую стоимость и сложны в работе. Присоединение коннекторов к оптоволоконному кабелю требует большого искусства и времени, а, следовательно, и денег.
Толстый коаксиальный кабель также может использоваться в качестве позвоночника сети, однако для новых кабельных систем более рационально использовать оптоволоконный кабель, так как он имеет больший срок службы и сможет в будущем поддерживать высокоскоростные и мультимедийные приложения. Но для уже существующих систем толстый коаксиальный кабель служил многие годы позвоночником системы, и с этим нужно считаться. Причинами его широкого использования были его широкая полоса пропускания, хорошая защищенность от электромагнитных помех и низкое радиоизлучение.
Хотя толстый коаксиальный кабель и дешевле, чем оптоволокно, но с ним еще более сложно работать. Он особенно чувствителен к различным уровням напряжения заземления, что часто бывает при переходе от одного этажа к другому.
Для подсистемы кампуса, объединяющей несколько зданий, расположенных в радиусе нескольких километров, также как и для вертикальных подсистем, оптоволоконный кабель является наилучшим выбором. Для этой подсистемы также подходят толстый коаксиальный кабель и широкополосный кабель.
При выборе кабеля для кампуса нужно учитывать воздействие среды на кабель вне помещения. Для предотвращения поражения молнией лучше выбрать для внешней проводки неметаллический оптоволоконный кабель. По многим причинам внешний кабель производится в полиэтиленовой защитной оболочке высокой плотности. При подземной прокладке кабель должен иметь специальную влагозащитную оболочку (от дождя и подземной влаги), а также металлический защитный слой от грызунов и вандалов. Влагозащитный кабель имеет прослойку из инертного газа между диэлектриком, экраном и внешней оболочкой.
4.3. Примеры промышленных структурированных кабельных систем
К числу наиболее распространенных структурированных кабельных систем относятся кабельная система, разработанная компанией IBM, Cabling System, AT&T - Premises Distributed System и SYSTIMAX, а также кабельная система корпорации Digital Equipment -OPEN DECconnect. Различные производители дают своим кабельным системам различные названия, но общие принципы их организации остаются одинаковыми.
Первая из них служит для объединения в единую систему разнообразной сетевой продукции компании IBM (включая сети Token Ring) и использует широкий диапазон типов кабелей (коаксиальный, твинаксиальный, экранированную и неэкранированную витые пары). В результате, если после начальной установки кабельной системы изменить тип используемого оборудования, то может потребоваться замена кабельной системы. Этого можно избежать, установив сразу все типы наиболее используемых кабелей для разных типов оборудования. Кабельная система имеет топологию "звезда" и может использоваться также для связи терминального оборудования (например, Wang) и построения сетей, отличных от Token Ring (например, Ethernet).
OPEN DECconnect представляет собой структурированную кабельную систему, поддерживающую широкий спектр приложений: FDDI, Ethernet, 4- и 16-мегабитный Token Ring, ISDN, AS400, AppleTalk и многие другие.
В этой системе также применена топология "звезда" и три типа кабелей: оптоволоконный, экранированная и неэкранированная витые пары. Витая пара применяется для организации средне- и низкоскоростных каналов данных (до 16 Мб/с) на коротких расстояниях. Для передачи высокоскоростных данных (до 100 Мб/с) и соединений на большие расстояния используется оптоволоконный кабель. Таким образом, решения для высокоскоростных приложений получаются достаточно дорогими. OPEN DECconnect также поддерживает кабельную систему ThinWare на коаксиальном кабеле.
Удачным вариантом кабельной системы для создания информационной инфраструктуры зданий и офисов является решение корпорации AT&T.
SYSTIMAX - это распределенная структурированная кабельная система внутри здания или комплекса зданий. Установив такую кабельную систему, пользователь получает возможность использовать одновременно как линии передачи данных, локальные сети компьютеров, так и телефонную систему, сеть датчиков пожарной и охранной сигнализации.
Компания AT&T вводит собственную классификацию подсистем в зависимости от функционального назначения и места расположения компонентов кабельной системы:
• Подсистема кампуса или внешняя подсистема (campus subsystem) состоит из медного и оптоволоконного кабеля, устройств электрической защиты и заземления и связывает коммуникационную и обрабатывающую аппаратуру в здании (или комплексе зданий). Кроме того, в эту подсистему входят устройства интерфейса внешних кабельных линий с внутренними коммуникационными каналами.
• Техническое помещение (equipment room) служит для размещения различного коммуникационного и служебного оборудования, предназначенного для обеспечения работы административной подсистемы.
• Административная подсистема (administrative subsystem) предназначена для быстрого и легкого управления кабельной системой SYSTIMAX при изменении планов размещения персонала и отделов. В ее состав входят кабельная система (неэкранированная витая пара и оптоволокно), устройства коммутации и сопряжения основной магистрали и горизонтальной подсистемы, соединительные шнуры, маркировочные средства и т.д.
• Основная магистраль (backbone cabling) состоит из медного кабеля или комбинации медного и оптоволоконного кабеля и вспомогательного оборудования. Она обеспечивает главные кабельные каналы в здании и связывает между собой этажи здания или большие площади одного и того же этажа.
• Горизонтальная подсистема (horizontal subsystem) на базе витого медного кабеля расширяет основную магистраль от входных точек административной системы этажа к розеткам на рабочем месте.
• Подсистема рабочего места (work location subsystem) включает в себя соединительные кабели, удлинители, адаптеры, устройства сопряжения и обеспечивает физическое и электрическое соединение между оборудованием рабочего места и горизонтальной кабельной подсистемой,
В SYSTIMAX используется 2 среды для передачи сигнала по коммуникационным линиям - оптическое волокно и медный кабель.
При использовании оптоволоконных кабелей скорость передачи сигнала может достигать 155 Мб/с. Наличие защищенных и бронированных кабелей позволяет устанавливать оптоволоконные соединения не только в офисе или банке, но и в производственном здании или на территории производственного, делового или жилого комплекса. Корпорация AT&T предлагает все необходимые материалы и инструменты для установки оптоволоконных кабельных систем, включая устройства сопряжения с медным неэкранированным витым кабелем или коаксиальным кабелем.
Внедрение полного диапазона кабельной продукции пятой, наиболее "быстрой" категории, обеспечивает скорость передачи данных до 100 Мб/с.
Характеристики продукции SYSTIMAX позволяют не только интегрировать ее в офисные и банковские компьютерные системы, но также использовать и для автоматизации производств, включая производства со сложной окружающей средой. В этом случае SYSTIMAX использует особый подход к организации кабельной системы. Основная магистраль состоит из комбинации оптоволоконного и медного кабеля и объединяет различные помещения производства, а локальные подсети построены с использованием медного неэкранированного кабеля.
К сети можно подключать множество устройств. включая устройства прямого и удаленного управления, компьютерные терминалы для административной поддержки, датчики телеметрии.
Рисунок 4.1 иллюстрирует применение основных соединительных конструктивных элементов, используемых для разводки кабеля на основе неэкранированной витой пары на этаже.
Рис. 4.1. Разводка витой пары на этаже.