Структурированные кабельные системы

Основой продуктивной работы любой современной организации, будь то офис коммерческой фирмы, банк или научно-исследовательский институт, является хорошая техническая база. Информационные технологии сильно упрощают и ускоряют многие рутинные операции, обеспечивают оперативный доступ к различной информации как внутри организации, так и вне ее. Для надежной быстрой и согласованной работы всех компьютерных устройств нужна хорошо спланированная высокоскоростная информационная сеть, для которой в свою очередь требуется разнообразное интеллектуальное коммуникационное оборудование. Цель данной статьи - помочь читателю разобраться в широком спектре сетевых устройств, определить область применения каждого из них и дать некоторые рекомендации по выбору оборудования.

Современные требования к информационному оснащению предприятия подразумевают не только существование мощной компьютерной сети, но и интеграцию всех технических систем организации, таких как телефонная и пейджинговая сети, системы энергоснабжения, жизнеобеспечения, безопасности, пожарная сигнализация и прочие. Новая офисная среда получила название интеллектуального здания (ИЗ). Понятно, что для такой сложной интегрированной системы требуется проложить большое количество кабелей. Непродуманное спонтанное их расположение крайне неэффективно по многим причинам: во-первых, это приводит к ухудшению дизайна помещений, во-вторых, могут возникать трудности при расширении сети, а в-третьих, не исключено появление различных помех и электромагнитных наводок. Поэтому архитектуру и топологию будущей сети нужно планировать заранее, еще до установки оборудования. Найти общий подход к проектированию расположения кабельной проводки позволяет специально для этого созданная концепция структурированной кабельной системы (СКС). В 1991 году был принят стандарт EIA/TIA-568, регламентирующий требования к устройству СКС.

Рассмотрим основные стандарты компьютерных сетей и основные виды сетевых устройств. В настоящее время наибольшее распространение получили четыре типа локальных сетей - Ethernet, Token Ring, FDDI и ATM. Самыми популярными, а также самыми оптимальными по соотношению цена/производительность считаются сети типа Ethernet, для которых в свою очередь, для них различают три стандарта:

• Ethernet (спецификация IEEE 802.3) - передача данных по сети со скоростью до 10 Мбит/c
• Fast Ethernet (спецификация IEEE 802.3u) - передача данных по сети со скоростью до 100 Мбит/c
• Gigabit Ethernet (спецификации IEEE 802.3z, IEEE 802.3ab) - передача данных по сети со скоростью до 1 Гбит/сек

Далее в тексте под термином <сеть Ethernet> договоримся понимать сеть, соответствующую одному из трех этих стандартов.

Все сетевое оборудование условно разобьем на две группы. К первой отнесем различные сетевые адаптеры для персональных компьютеров и серверов, принтсерверы, то есть конечные устройства, связываемые сетью; ко второй - отнесем специальное сетевое оборудование, такое, как маршрутизаторы, концентраторы, мосты, повторители, а также все разновидности сетевых кабелей различные переходники, розетки и терминаторы.

Для того чтобы сеть функционировала, необходима среда передачи сигналов. В принципе существует два способа передачи информации: проводной с использованием кабелей и беспроводной с использованием радиосигналов или инфракрасных лучей. Последний тип соединений используется, когда необходимо придать подключаемому устройству большую мобильность, а также в случае невозможности прокладки кабеля, например на очень большие расстояния. Обычно такие соединения медленнее, чем проводные, и к тому же обходятся дороже.

Сетевые кабели

В существующих сетях применяются три основных вида кабелей: коаксиальный, типа "витая пара" и оптоволоконный. Коаксиальный сетевой кабель принципиально не отличается от антенного шнура для телевизора, за исключением того, что имеет иное сопротивление (импеданс). Для подключения к сетевому адаптеру тонкие коаксиальные кабели снабжаются разъемом типа BNC, а толстые - разъемом типа AUI. Разница между двумя этими видами заключается в максимально возможной длине проводки без использования специальных устройств усиления сигнала - повторителей. Коаксиальный кабель является наиболее дешевым решением, но имеет достаточно низкую максимальную пропускную способность.

Кабель типа <витая пара> - наиболее популярный в настоящее время. Свое название он получил потому, что состоит из двух или четырех пар переплетенных проводов. Существует множество разновидностей и категорий этого кабеля. Во-первых, у него бывает разное количество проводников: четыре или восемь. Во-вторых, различаются неэкранированная витая пара (UTP) и экранированная витая пара (STP). Второй вид обеспечивает лучшую защиту передаваемых данных от помех. Категории кабеля характеризуют возможность передачи сигнала определенной частоты. Чем выше категория, тем выше максимальная частота, а, следовательно, и максимальная скорость передачи информации. Для кабелей используется восьми контактный разъем RJ-45, внешне напоминающий вилку для современной телефонной розетки RJ-11.

Самый современный и перспективный вид сетевых кабелей - оптическо-волоконный. Он передает информацию с большей скоростью и на большие расстояния без использования специального оборудования усиления сигнала. Основная область его использования в настоящее время - межсетевые каналы с большой пропускной способностью.

Топология сети

Для сетей Ethernet (IEEE 802.3), построенных на основе коаксиального кабеля, применяется топология "шина". При несомненных достоинствах, таких как простота и низкая стоимость, такая топология не обеспечивает необходимой надежности, так как в случае обрыва вся сеть становится неработоспособной; кроме того, если к сети подключено достаточно много устройств, возникают трудности с оптимальной прокладкой кабеля и добавлением нового оборудования.

Для построения сетей на <витой паре> применяется более совершенная топология - <звезда>. Ее суть заключается в том, что в сети существуют различные устройства разветвления, к которым может подключиться несколько персональных компьютеров или серверов. При обрыве соединения между разветвителем и компьютером сеть остается работоспособной всюду за исключением только того участка, где произошел разрыв.

Оптоволоконные сети Token Ring и FDDI используют топологию "кольцо" и имеют максимальную пропускную способность и надежность.

Подсистемы СКС

Концепция структурированной кабельной системы накладывает довольно жесткие рамки на проектирование проводки. Кабель при прокладке проходит через ряд специальных устройств (концентраторы, кроссы). В многоэтажных зданиях различают горизонтальные и вертикальные проводки. Горизонтальная обеспечивает подключение к общей сети всех конечных устройств, вертикальная обычно является высокоскоростной магистралью, связывающей различные подразделения организации в здании. На конечных точках горизонтальной проводки располагаются однотипные для всех видов оборудования розетки. Всего можно выделить шесть уровней подсистем структурированной кабельной системы:

• Подсистема рабочего места - подключение к локальной сети конечных устройств: компьютеров, телефонов, принтеров.
• Горизонтальная подсистема - система кабелей на одном этаже здания (внутри одного подразделения), может быть проложена коаксиальным, оптоволоконным кабелем или <витой парой>. В настоящее время применяются в основном неэкранированные витые пары.
• Подсистема управления - панели кроссировки и соединительные шнуры.
• Вертикальная подсистема - соединяет подсистемы управления. В современных сетях для нее в основном используется оптическое волокно.
• Подсистема аппаратной - соединение оборудования в центральной аппаратной.
• Внешняя подсистема - соединение между собой нескольких зданий, в случае большого предприятия. Для нее используется оптоволоконный кабель.

Стандарт EIA/TIA-568 жестко регламентирует требования к оборудованию СКС. В частности, устанавливаются ограничения на максимальную длину горизонтальных кабелей, типы кабелей и разъемов, количество розеток на каждом рабочем месте, число вариантов схем разводок разъема RJ-45. Топология проводки, принятая в стандарте - <звезда>.

Сетевой адаптер

Сетевой адаптер - устройство, обеспечивающее подключение к сети персонального компьютера, принтера или периферийного оборудования. Эти устройства дифференцируются по своему стандарту (Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring и т.д.), исполнению (встроенное, в виде платы расширения, внешнее), используемому интерфейсу для подключения к компьютеру (PCI, ISA, EISA, USB), а также по наличию внешних портов (RJ-45, BNC). В настоящее время на корпоративном рынке наиболее распространены сетевые адаптеры стандарта Fast Ethernet, работающие на шине PCI. Вследствие низкой пропускной способности шин USB и ISA, адаптеры на их основе обеспечивают скорость не более 10 Мбит/c. Для адаптеров стандарта Gigabit Ethernet обычно используются интерфейсы PCI64 или PCI-X, которые встречаются в основном на серверах. Это обусловлено недостаточной пропускной способностью обычного слота PCI, которой не хватает для передачи данных со скоростью 1 Гбит/с в режиме полного дуплекса. Ethernet адаптеры могут быть оснащены как интерфейсом BNC для коаксиального кабеля, так и RJ-45 для кабеля типа <витая пара>, Fast Ethernet адаптеры оснащаются разъемом RJ-45. Gigabit Ethernet адаптеры обычно имеют интерфейс SC для оптоволоконных кабелей или все тот же RJ-45.

Оборудование беспроводных СКС

Беспроводное сетевое оборудование, работающее на радиочастоте 2,4 ГГц, соответствует стандарту IEEE 802.11. Этот стандарт был принят в 1997 году и допускает скорость соединения до 2 Мбит/с. В 1999 году появилось расширение данного стандарта IEEE 802.11b, позволяющее беспроводным сетевым устройствам работать на скорости до 11 Мбит/c. Стандарт IEEE 802.11 определяет два типа оборудования: клиент, то есть компьютер, оборудованный беспроводной сетевой картой, а также точка доступа, играющая роль моста между проводной и беспроводной сетью.

Беспроводная сеть может работать в двух режимах - клиент/сервер и точка-точка. При первом режиме существует обязательно одна точка доступа, подключенная к локальной сети и нескольким конечным станциям, при втором связь между конечными станциями устанавливается напрямую, без использования специальной точки доступа. Для передачи сигналов доступно до 14 каналов. Ярким представителем подобного класса устройств является PCMCIA-совместимая сетевая карта LN-101 компании Leartery. Она позволяет соединять переносной компьютер с локальной сетью на расстоянии до 250 м без использования проводки, обеспечивает скорость до 11 Мбит/с и полностью удовлетворяет стандарту IEEE 802b. Точкой доступа является устройство Leartery SyncByAir LN-201.

Другими известными производителями беспроводных сетевых устройств являются компании Lucent Technologies, Cisco Systems, 3Com, Samsung Electronics, Compaq, Symbol, Zoom Telephonics.

Принтсервер

Принтсервер - это устройство, служащее для подключения различной периферии, в частности принтеров, непосредственно к локальной сети. При его использовании для функционирования принтера в сети не потребуется постоянно включенный персональный компьютер; более того, это устройство занято только трафиком, связанным с печатью, а, следовательно, оно будет быстрее работать. Внешне принтсервер представляет собой устройство с интерфейсами сети и принтера (последовательным или параллельным), вмонтированными в небольшой корпус, а также бывает встроенным в принтер.

Концентраторы, коммутаторы, роутеры

Далее рассмотрим основные виды сетевого оборудования на примере Ethernet сетей. В них используется метод передачи данных CSMA/CD (множественный доступ к среде с детектированием несущей и обнаружением конфликтов). При одновременной передачи сигнала от двух или более источников может возникнуть конфликт - так называемая "коллизия". Сегментом сети, или доменом коллизий называется физическая область сети, в которой могут возникать коллизии.

Концентратор - базовый представитель устройств разветвления кабеля в сетях Ethernet. Он представляет собой набор сетевых портов, вмонтированных в корпус. Концентраторы бывают пассивные и активные, то есть те, которые ослабляют или, соответственно, не ослабляют передаваемый сигнал. Также существуют стековые концентраторы, они отличаются тем, что могут расширяться за счет объединения нескольких себе подобных, при этом оставаясь логически одним устройством, и имеют специальные порты для подключения других концентраторов. Главным недостатком этих устройств является то, что любой пакет данных, принятый на каком-либо порте, дублируется во все остальные порты, и в случае одновременной передачи данных из нескольких источников существенно замедляется скорость работы сети. Кроме того, это не очень хорошо по соображениям информационной безопасности, так как поток данных направляется по всем возможным адресам. Концентраторы не сегментируют сеть, то есть все устройства, вместе с концентратором, к которому они подключены, находятся в одном коллизионном домене. Существует концентраторы Класса I и Класса II, различающиеся способом обработки поступающего сигнала. Причем устройство класса I может иметь разные виды портов, а устройство класса II -только один. Архитектура Ethernet накладывает определенные ограничения на число концентраторов в одном сегменте, в частности в сети Fast Ethernet в одном сегменте может находиться один концентратор Класса I или два концентратора Класса II, причем один и тот же сегмент не может иметь концентраторов обоих типов.

Коммутатор - выполняет все функции концентратора. Принципиальное отличие состоит в том, что коммутатор запоминает порт, через который шла передача данных на определенный сетевой адрес, и, следовательно, все остальные порты остаются свободными. Кроме того, коммутаторы разделяют сеть на сегменты. Мостом называется сетевое устройство, связывающее два сегмента между собой. Он обладает свойством пропускать только те пакеты, которые относятся к другому сегменту. С помощью двух специальных мостов, например, можно связать два физически независимых локальных сегмента посредством телефонной сети или ISDN каналов, при этом логически это будет являться одной сетью.

Машрутизатором или роутером, называют устройство, имеющее два или более сетевых интерфейса и обеспечивающее взаимосвязь различных сетей. Он выполняет свои функции на более высоком уровне, нежели концентраторы, коммутаторы или мосты, то есть осуществляет маршрутизацию на основе информации об адресах, используемых протоколами типа IP и IPX. Следовательно маршрутизатор замедляет работу сети. В сетях с использованием одного машрутизатора "узким местом" часто оказывается его пропускная способность. С целью разрешения таких ситуаций был создан ускоритель маршрутизаторов FlowWise IMS 1600. Он совестим со всеми стандартными маршрутизаторами и обрабатывает локальный 100 Мбит/c трафик, оставляя базовому машрутизатору только низкоскоростной глобальный. Специальное тестирование показало, что подключение IMS FlowWise 1600 увеличивает пропускную способность сети и одновременно уменьшает среднее время ожидания на порядок.

Портсерверы

При необходимости подключения одновременно большого количества низкоскоростных устройств используются мультипортовые платы или портсерверы. В роли низкоскоростных устройств могут выступать, например, модемы для аналоговых линий, ISDN модемы, то есть все те устройства, которым достаточно пропускной способности последовательного интерфейса RS-232. Они широко применяются в интеллектуальных зданиях, где рассредоточено много оборудования, имеющего интерфейс управления. Удобство использования портсерверов по сравнению с мультипортовыми платами заключается в том, что для их функционирования не требуется постоянно включенный компьютер, что, во-первых, позволяет сэкономить деньги на его приобретении, а во-вторых, повышает его отказоустойчивость, так как компьютер, будучи более сложным устройством больше подвержен различным сбоям. Конкретными производителями портсерверов являются компании Stallion Technologies и Digi. Stallion Easyserver - сервер удаленного доступа, имеющий функцию самонастройки и оснащенный 16 портами с интерфейсом RS-232 и разъемами RJ-45. Stallion LantraServer - это законченное решение удаленного доступа для офиса, он имеет как последовательные интерфейсы, так и модемные порты.

Детальные спецификации

элементов и правил проектирования, монтажа и администрирования СКС можно найти в стандартах:

• ANSI/EIA/TIA-568 Commercial Building Telecommunications Cabling Standard;
• ANSI/EIA/TIA-569 Commercial Building Standard for Telecommunications Pathways and Spaces;
• ANSI/EIA/TIA-606 Administration Standard for the Telecommunications Infrastructure of Commercial Buildings;
• ANSI/EIA/TIA-570 Residential And Light Commercial Telecommunications Wiring Standard;
• ANSI/EIA/TIA-607 Commercial Building Grounding and Bonding Requirements for Telecommunications;
• ISO/IEC 11801 Information Technology Generic Cabling for Customer Premises;
• CENELEC EN/BS 50173 Information Technology - Generic Cabling Systems;
• TIA/EIA TSB-67 Transmission Performance Specifications For Field Testing Of Unshielded Twisted-Pair Cabling Systems;
• TIA/EIA TSB-72 Centralized Optical Fiber Cabling Guidelines;
• TIA/EIA TSB-75 Additional Horizontal Cabling Practices For Open Offices.

Завершая краткий обзор современных устройств, оборудования и подходов к построению структурированных кабельных систем и сетей, необходимо отметить, что для этой сферы характерен быстрый технический прогресс и в ближайшем будущем можно ожидать появления новых высококачественных моделей оборудования.