Структурированная кабельная система

Кабельная система является фундаментом любой сети. Как при строительстве нельзя создать хороший дом на плохо построенном фундаменте, так и сеть, отлично рабо­тающая на плохой кабельной системе, — это явление из области ненаучной фан­тастики. Если в кабелях ежедневно происходят короткие замыкания, контакты разъемов то отходят, то снова входят в плотное соединение, добавление новой стан­ции приводит к необходимости тестирования десятка контактов разъемов из-за того, что документация на физические соединения не ведется, то ясно, что на осно-

264 Глава 4 • Построение локальных сетей по стандартам физического и канального уровней

ве такой кабельной системы любое, самое современное и производительное обору­дование будет работать из рук вон плохо. Пользователи будут недовольны больши­ми периодами простоев и низкой производительностью сети, а обслуживающий персонал будет в постоянной «запарке», разыскивая места коротких замыканий, обрывов и плохих контактов. Причем проблем с кабельной системой становится намного больше при увеличении размеров сети.

Ответом на высокие требования к качеству кабельной системы стали структу­рированные кабельные системы.

4.1.1. Иерархия в кабельной системе

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.

Структурированная кабельная система представляет своего рода «конструктор», с помощью которого проектировщик сети строит нужную ему конфигурацию из стандартных кабелей, соединенных стандартными разъемами и коммутируемых на стандартных кроссовых панелях. При необходимости конфигурацию связей можно легко изменить — добавить компьютер, сегмент, коммутатор, изъять ненужное обо­рудование, а также поменять соединения между компьютерами и концентраторами.

При построении структурированной кабельной системы подразумевается, что каждое рабочее место на предприятии должно быть оснащено розетками для под­ключения телефона и компьютера, даже если в данный момент этого не требуется. То есть хорошая структурированная кабельная система строится избыточной. В будущем это может сэкономить средства, так как изменения в подключении но­вых устройств можно производить за счет перекоммутации уже проложенных ка­белей.

Структурированная кабельная система планируется и строится иерархически, с главной магистралью и многочисленными ответвлениями от нее (рис. 4.1).

4.1. Структурированная кабельная система 265

Эта система может быть построена на базе уже существующих современных телефонных кабельных систем, в которых кабели, представляющие собой набор витых пар, прокладываются в каждом здании, разводятся между этажами, на каж­дом этаже используется специальный кроссовый шкаф, от которого провода в тру­бах и коробах подводятся к каждой комнате и разводятся по розеткам. К сожалению, в нашей стране далеко не во всех зданиях телефонные линии прокладываются ви­тыми парами, поэтому они непригодны для создания компьютерных сетей, и ка­бельную систему в таком случае нужно строить заново.

Типичная иерархическая структура структурированной кабельной системы (рис. 4.2) включает:

• горизонтальные подсистемы (в пределах этажа);

• вертикальные подсистемы (внутри здания);

• подсистему кампуса (в пределах одной территории с несколькими зданиями). Горизонтальная подсистема соединяет кроссовый шкаф этажа с розетками пользо­вателей. Подсистемы этого типа соответствуют этажам здания. Вертикальная под­система соединяет кроссовые шкафы каждого этажа с центральной аппаратной здания. Следующим шагом иерархии является подсистема кампуса, которая со­единяет несколько зданий с главной аппаратной всего кампуса. Эта часть кабель­ной системы обычно называется магистралью (backbone).

Использование структурированной кабельной системы вместо хаотически про­ложенных кабелей дает предприятию много преимуществ.

• 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 контроля, мониторинга и управления хозяйственными службами и системами жизнеобеспечения предприятия.

• Увеличение срока службы. Срок морального старения хорошо структурирован­ной кабельной системы может составлять 10-15 лет.

• Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест раз­мещения. Известно, что стоимость кабельной системы значительна и определяет­ся в основном не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке. Поэтому более выгодно провести однократную работу по прокладке кабеля, возможно,

266 Глава 4 • Построение локальных сетей по стандартам физического и канального уровней

с большим запасом по длине, чем несколько раз выполнять прокладку, наращи­вая длину кабеля. При таком подходе все работы по добавлению или перемеще­нию пользователя сводятся к подключению компьютера к уже имеющейся розетке.

в Возможность легкого расширения сети. Структурированная кабельная система является модульной, поэтому ее легко расширять. Например, к магистрали можно добавить новую подсеть, не оказывая никакого влияния на существующие под­сети. Можно заменить в отдельной подсети тип кабеля независимо от осталь­ной части сети. Структурированная кабельная система является основой для деления сети на легко управляемые логические сегменты, так как она сама уже разделена на физические сегменты.

• Обеспечение более эффективного обслуживания. Структурированная кабельная система облегчает обслуживание и поиск неисправностей по сравнению с шин­ной кабельной системой. При шинной организации кабельной системы отказ одного из устройств или соединительных элементов приводит к трудно локали­зуемому отказу всей сети. В структурированных кабельных системах отказ одного сегмента не действует на другие, так как объединение сегментов осуществляет­ся с помощью концентраторов. Концентраторы диагностируют и локализуют неисправный участок.

• Надежность. Структурированная кабельная система имеет повышенную надеж­ность, поскольку производитель такой системы гарантирует не только качество ее отдельных компонентов, но и их совместимость.

Первой структурированной кабельной системой, имеющий все современные чер­ты такого типа систем, была система SYSTIMAX SCS компании Lucent Technologies (ранее — подразделение AT& T). И сегодня компании Lucent Technologies принад­лежит основная доля мирового рынка. Многие другие компании также выпускают качественные структурированные кабельные системы, например AMP, BICC Brand-Rex, Siemens, Alcatel, MOD-TAP. На российском рынке успешно завоевывает себе место под солнцем отечественная структурированная кабельная система АйТи-СКС московской компании «АйТи».

4.1.2. Выбор типа кабеля для горизонтальных подсистем

Большинство проектировщиков начинает разработку структурированной кабель­ной системы с горизонтальных подсистем, так как именно к ним подключаются конечные пользователи. При этом они могут выбирать между экранированной ви­той парой, неэкранированной витой парой, коаксиальным кабелем и волоконно-оптическим кабелем. Возможно использование и беспроводных линий связи.

Горизонтальная подсистема характеризуется очень большим количеством от­ветвлений кабеля (рис. 4.3), так как его нужно провести к каждой пользователь­ской розетке, причем и в тех комнатах, где пока компьютеры в сеть не объединяются. Поэтому к кабелю, используемому в горизонтальной проводке, предъявляются повышенные требования к удобству выполнения ответвлений, а также удобству его прокладки в помещениях. На этаже обычно устанавливается кроссовая панель, которая позволяет с помощью коротких отрезков кабеля, оснащенного разъемами, провести перекоммутацию соединений между пользовательским оборудованием и концентраторами/коммутаторами.

4.1. Структурированная кабельная система 267

Медный провод, в частности неэкранированная витая пара, является предпоч­тительной средой для горизонтальной кабельной подсистемы, хотя, если пользова­телям нужна очень высокая пропускная способность или кабельная система прокладывается в агрессивной среде, для нее подойдет и волоконно-оптический кабель. Коаксиальный кабель — это устаревшая технология, которой следует избе­гать, если только она уже широко не используется на предприятии. Беспроводная связь является новой и многообещающей технологией, однако из-за сравнитель­ной новизны и низкой помехоустойчивости лучше ограничить масштабы ее ис­пользования неответственными областями.

При выборе кабеля принимаются во внимание следующие характеристики: по­лоса пропускания, расстояние, физическая защищенность, электромагнитная по­мехозащищенность, стоимость. Кроме того, при выборе кабеля нужно учитывать, какая кабельная система уже установлена на предприятии, а также какие тенден­ции и перспективы существуют на рынке в данный момент.

Экранированная витая пара, STP, позволяет передавать данные на большее рас­стояние и поддерживать больше узлов, чем неэкранированная. Наличие экрана делает ее более дорогой и не дает возможности передавать голос. Экранированная витая пара используется в основном в сетях, базирующихся на продуктах IBM и Token Ring, и редко подходит к остальному оборудованию локальных сетей.

Неэкранированная витая пара UTP по характеристикам полосы пропускания и поддерживаемым расстояниям также подходит для создания горизонтальных под­систем. Но так как она может передавать данные и голос, она используется чаще.

268 Глава 4 • Построение локальных сетей по стандартам физического и канального уровней

Однако и 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 или же небольшие размеры сети не создают больших проблем с эксплуатацией кабельной системы.

' Толстый Ethernet обладает по сравнению с тонким большей полосой пропуска­ния, он более стоек к повреждениям и передает данные на большие расстояния, однако к нему сложнее подсоединиться и он менее гибок. С толстым Ethernet слож­нее работать, и он мало подходит для горизонтальных подсистем. Однако его можно использовать в вертикальной подсистеме в качестве магистрали, если оптоволо­конный кабель по каким-то причинам не подходит.

Тонкий Ethernet — это кабель, который должен был решить проблемы, связан­ные с применением толстого Ethernet. До появления стандарта 10Base-T тонкий Ethernet был основным кабелем для горизонтальных подсистем. Тонкий Ethernet проще монтировать, чем толстый. Сети на тонком Ethernet можно быстро собрать, так как компьютеры соединяются друг с другом непосредственно.

Главный недостаток тонкого Ethernet — сложность его обслуживания. Каждый конец кабеля должен завершаться терминатором 50 Ом. 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 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 обычно значительно превосходит стоимость эксплуатации аналогичной сети на витой паре, хотя капитальные затраты на кабельную систему для тонкого Ethernet обычно ниже.

Основные области применения оптоволоконного кабеля — вертикальная подси­стема и подсистемы кампусов. Однако, если нужна высокая степень защищенности данных, высокая пропускная способность или устойчивость к электромагнитным помехам, волоконно-оптический кабель может использоваться и в горизонтальных подсистемах. С волоконно-оптическим кабелем работают протоколы AppleTalk, ArcNet, Ethernet, FDDI и Token Ring, а также новые протоколы lOOVG-AnyLAN, Fast Ethernet, ATM.

Стоимость установки сетей на оптоволоконном кабеле для горизонтальной под­системы оказывается весьма высокой. Эта стоимость складывается из стоимости сетевых адаптеров (около тысячи долларов каждый) и стоимости монтажных ра­бот, которая в случае оптоволокна гораздо выше, чем при работе с другими видами кабеля.

Преобладающим кабелем для горизонтальной подсистемы является неэкрани­рованная витая пара категории 5. Ее позиции еще более укрепятся с принятием спецификации 802.3ab для применения на этом виде кабеля технологии Gigabit Ethernet.

На рис. 4.4 показаны типовые коммутационные элементы структурированной кабельной системы, применяемые на этаже при прокладке неэкранированной ви­той пары. Для сокращения количества кабелей здесь установлен 25-парный кабель и разъем для такого типа кабеля Telco, имеющий 50 контактов.

4.1.3. Выбор типа кабеля для вертикальных подсистем

Кабель вертикальной (или магистральной) подсистемы, которая соединяет этажи здания, 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 коаксиал. Теперь для этой цели все чаще используется оптоволоконный кабель.

Для вертикальной подсистемы выбор кабеля в настоящее время ограничивается тремя вариантами.

• Оптоволокно — отличные характеристики пропускной способности, расстояния и защиты данных; устойчивость к электромагнитным помехам; может переда­вать голос, видеоизображение и данные. Но сравнительно дорого, сложно вы­полнять ответвления.

• Толстый коаксиал — хорошие характеристики пропускной способности, рас­стояния и защиты данных; может передавать данные. Но с ним сложно рабо­тать, хотя специалистов, имеющих подобный опыт работы, достаточно много.

• Широкополосный кабель, используемый в кабельном телевидении, — хорошие показатели пропускной способности и расстояния; может передавать голос, ви­део и данные. Но очень сложно работать и требуются большие затраты во время эксплуатации.

270 Глава 4 • Построение локальных сетей по стандартам физического и канального уровней

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, оптоволоконный кабель не чувствителен к электромагнитным и радиочастотным помехам, в отличие от медного коаксиального кабеля. Это делает оптоволоконный кабель идеальной средой передачи данных для промышленных сетей. Оптоволоконному кабелю не страшна молния, поэтому он хорош для внешней прокладки. Он обеспечивает более высокую степень защиты от несанкционированного доступа, так как ответвление гораздо легче обнаружить, чем в случае медного кабеля (при ответвлении резко уменьшается интенсивность света).

Оптоволоконный кабель имеет и недостатки. Он 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.

Для уменьшения стоимости построения межэтажной магистрали на оптоволокне некоторые компании, например AMP, предлагают кабельную систему с одним ком­мутационным центром. Обычно, коммутационный центр есть на каждом этаже, а в здании имеется общий коммутационный центр (см. рис. 4.3.), соединяющий между собой коммутационные центры этажей. При такой традиционной схеме и использо­вании волоконно-оптического кабеля между этажами требуется выполнять доста­точное большое число оптоволоконных соединений в коммутационных центрах этажей. Если же коммутационный центр в здании один, то все оптические кабели расходятся из единого кроссового шкафа прямо к разъемам конечного оборудования — комму­таторов, концентраторов или сетевых адаптеров с оптоволоконными трансиверами.

Толстый коаксиальный кабель также допустим в качестве магистрали 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 магистралью системы многие годы, и с этим нужно считаться. Причинами его повсеместного применения были широ­кая полоса пропускания, хорошая защищенность от электромагнитных помех и низкое радиоизлучение.

Хотя толстый коаксиальный кабель и дешевле, чем оптоволокно, но с ним го­раздо сложнее работать. Он особенно чувствителен к различным уровням напря­жения заземления, что часто бывает при переходе от одного этажа к другому. Эту проблему сложно разрешить. Поэтому кабелем номер 1 для горизонтальной подси­стемы сегодня является волоконно-оптический кабель.

4.1.4. Выбор типа кабеля для подсистемы кампуса

Как и для вертикальных подсистем, оптоволоконный кабель является наилучшим выбором для подсистем нескольких зданий, расположенных в радиусе нескольких километров. Для этих подсистем также подходит толстый коаксиальный кабель.

При выборе кабеля для кампуса нужно учитывать воздействие среды на кабель вне помещения. Для предотвращения поражения молнией лучше выбрать для внеш-

4.2. Концентраторы и сетевые адаптеры 271

ней 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.

Кабель для внешней прокладки не подходит для прокладки внутри зданий, так как он выделяет при сгорании большое количество дыма.

Выводы

* Кабельная система составляет фундамент любой компьютерной сети. От ее ка­чества зависят все основные свойства сети.

» Структурированная кабельная система представляет собой набор коммуника­ционных элементов — кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов, которые удовлетворяют стандартам и позволяют создавать регуляр­ные, легко расширяемые структуры связей.

» Структурированная кабельная система состоит из трех подсистем: горизонталь­ной (в пределах этажа), вертикальной (между этажами) и подсистемы кампуса (в пределах одной территории с несколькими зданиями).

» Для горизонтальной подсистемы характерно наличие большого количества от­ветвлений и перекрестных связей. Наиболее подходящий тип кабеля — неэкра­нированная витая пара категории 5.

* Вертикальная подсистема состоит из более протяженных отрезков кабеля, ко­личество ответвлений намного меньше, чем в горизонтальной подсистеме. Предпочтительный тип кабеля — волоконно-оптический.

» Для подсистемы кампуса характерна нерегулярная структура связей с цент­ральным зданием. Предпочтительный тип кабеля — волоконно-оптический в специальной изоляции.

* Кабельная система здания строится избыточной, так как стоимость последую­щего расширения кабельной системы превосходит стоимость установки избы­точных элементов.