Структурированные кабельные системы
Lan/Журнал сетевых решений, (Октябрь 1997, том 3, номер 6)
Структурированные кабельные системы
Сетевая компьютерная проводка все чаще попадает в проекты зданий и сооружений, а затраты на нее постепенно переходят из текущих в капитальные.
Давид ГальперовичОСНОВЫ СТРУКТУРИРОВАННОЙ ПРОВОДКИ
СТРУКТУРНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ПРОВОДКИ
РАЗВИТИЕ СТРУКТУРИРОВАННЫХ СИСТЕМ
В последние годы получил развитие новый вид промышленной продукции - локальные кабельные системы. Эту совершенную технику выпускают в массовом порядке многие электронные, коммуникационные и электротехнические компании. Имеется несколько крупных фирм, производящих соединители и соединительную арматуру, кабели, а также приспособления для разделки кабелей и заделки их в соединители.
Весь этот значительный промышленный потенциал задействован в изготовлении, поставке, обеспечении монтажа, сертификации и последующего обслуживания (что очень важно) полностью комплектных, стыкующихся со всем сетевым оборудованием систем проводки для зданий и других закрытых сооружений. За этим видом промышленной продукции закрепилось название структурированные кабельные системы. Развитие столь высокотехнологичного, относительно нового направления нашло отражение в многочисленных публикациях и на выставках последних лет.
Различные источники относят возникновение структурированных кабельных систем к 1984-1986 гг. Прорыв в этой области произошел после принятия в 1991 г. стандарта EIA/TIA-568 и сопутствующих ему документов.
ОСНОВЫ СТРУКТУРИРОВАННОЙ ПРОВОДКИ
Между рабочими станциями локальной сети кабель прокладывается не прямо (непосредственно), а проходит через ряд устройств (концентраторы, кроссы) и заканчивается розеткой. Внутри многоэтажного здания обычно прокладывают вертикальные и горизонтальные проводки. Кроме того, горизонтальная проводка еще членится с помощью кроссов (см. Рисунок 1). Подобная кабельная система называется структурированной. При перемещениях служб и персонала внутри здания из одних помещений в другие не изменяют саму проводку - достаточно аппаратуру из одних помещений перенести в другие и сделать необходимые переключения на кроссировочных панелях. Розетки же во всех помещениях однотипные для всех видов оборудования, т. е. проводка обладает хорошей приспособляемостью. Такие системы не требуют каждый раз прокладывать новую проводку и ставить новые розетки, а позволяют использовать при любых переустройствах или перестановках ту сеть, которая капитально смонтирована в здании. Обычно фирмы дают гарантии на работу таких систем в течение 15 лет, без значительных переделок кабельной разводки.
Рисунок 1.
Структурированная кабельная система.
Структурированная сеть требует в начальный период, при строительстве, больших затрат, зато потом она окупается в процессе эксплуатации и более удобна. Основные соединения в структурированной системе выполняют стандартным кабелем с четырьмя неэкранированными витыми парами. В стены помещений монтируют большое количество розеток с различным числом модулей; минимально используют два модуля. В случае, если локальных сетей в здании больше, чем одна, число прокладываемых витых пар и монтируемых модулей соответственно увеличивается. По такой кабельной системе кроме компьютеров работают еще телефон, телефакс, телевидение, охранная и другие виды сигнализации, управление открыванием и закрыванием различных кранов, задвижек, вентиляцией, т. е. она универсальна.
Структурированная кабельная система является как бы нервной системой здания. Предусмотрены способы и устройства соединения структурированной проводки с другими сетями, а также выходы в более крупные - местные, региональные и глобальные сети.
СТРУКТУРНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ПРОВОДКИ
Структурированная кабельная система (см. Рисунок 1) состоит из следующих подсистем: 1) рабочего места; 2) горизонтальной; 3) управления; 4) вертикальной; 5) аппаратной; 6) внешней. Если вся система строится в одном здании, то имеются только первые четыре или пять подсистем. На рабочем месте устанавливаются розетки с модулем типа RJ-45. К каждому восьмиконтактному модулю подводится неэкранированный четырехпарный кабель.
Унифицированная проводка (4 витые пары + модуль RJ-45) применяется для передачи всех видов сигналов - голоса, данных, видео (см. Рисунок 2), а также мультимедиа и графики. Для любой сети (телефонной, компьютерной, видео) можно выбрать любые порты - качество связи при этом не меняется. В одном корпусе розетки на рабочем месте может устанавливаться от двух до четырех (и более) модулей, в зависимости от количества сетей. На проводку в структурированных системах приходится около 20% стоимости, в то время как в обычных (неструктурированных) сетях - 4-6% стоимости сетевого оборудования. Таким образом, в структурированной системе заложена значительная избыточность, позволяющая наращивать виды передачи сигналов и применять различные комбинации сетей.
Рассмотрим назначение и состав подсистем (см. Рисунок 1).
1. Подсистема рабочего места. Эта подсистема предназначена для подключения оконечных устройств (компьютеров, терминалов, принтеров и т. п.) к локальной сети. Часто в такой подсистеме используют balun - переходник от коаксиала к витым парам.
2. Горизонтальная подсистема. Она может быть проложена коаксиалами, оптическими волокнами или витыми парами. Однако при использовании коаксиальных кабелей возникают большие трудности кроссировки. Сейчас применяют в основном неэкранированные пары, а в дальнейшем пойдут оптические волокна.
3. Подсистема управления. Состоит из панелей для кроссировки и соединительных шнуров, обеспечивающих переключение цепей. Здание, как правило, уже имеет подобные устройства для телефонной и других видов связи.
4. Вертикальная подсистема. Соединяет между собой этажи здания и обеспечивает соединение подсистем управления. Она должна удовлетворять определенным требованиям на вертикальную проводку. Выполняется из оптического волокна, коаксиального кабеля или витых пар. Уже определилась тенденция: в новых сетях для передачи данных использовать оптическое волокно (см. Рисунок 2). Применение оптического волокна в этой проводке приводит к большой экономии меди.
(1x1)Рисунок 2.
Структурированная кабельная система внутри здания.
5. Подсистема аппаратной. В крупных сетях с центральным компьютером служит для соединений электронного оборудования в центральном зале (аппаратной).
6. Внешняя подсистема. Служит для соединения между собой различных зданий, находящихся на территории предприятия, учебного заведения и т. п. Могут использоваться коаксиал или волокно, но предпочтительнее оптическое волокно, т. к. оно хорошо стыкуется с вертикальной подсистемой.
ПРОМЫШЛЕННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Построение сетей по структурированной схеме находится в главном фокусе многих сетевых компаний. Они создали ряд интеллектуальных концентраторов. Последние снабжаются большим числом соединителей для различных типов направляющих систем: коаксиального кабеля, оптического волокна, неэкранированных и экранированных витых пар. Такие компании, как Bay Networks, Cabletron Systems, Lucent Technologies, 3Com и др., снабдили структурированные кабельные системы сетевым электронным оборудованием. Многие из подобных устройств позволяют выполнять передачу голоса, данных и видео по однотипным кабелям, в том числе неэкранированным витым парам. К одному рабочему месту можно проложить два (или более) четырехпарных кабеля или сдвоенный (восьмипарный) кабель. Четырехпарная проводка поддерживает и стандарт ISDN (цифровая сеть с интеграцией служб). Указанные ниже виды продукции соответствуют топологии "звезда" в горизонтальной и вертикальной подсистемах. Наиболее известные в России поставщики структурированных кабельных систем: Alcatel (ACS), AMP (NETCONNECT), BICC Brand-Rex (Cat 5 Plus SCS), IBM (IBM ACS), ITT Cannon (LAN Connect 5), Krone (LINK SCS), MOD-TAP (MOD-TAP SCS), Lucent Technologies (SYSTIMAX SCS), Reichle&De-Massari, Panduit (PAN-NET SWS), RIT, Siemon (SCS) и др. Среди них первое место по вложенным средствам и количеству инсталляций занимает SYSTIMAX SCS (подробнее см. LAN, сентябрь 1997 г., стр. 36-37). Вся перечисленная продукция обеспечивает нормальную работу сети при включении интеллектуальных концентраторов.
Мощные концентраторы и структурированная кабельная система являются основой инфраструктуры современных локальных компьютерных сетей. Благодаря своим особенностям, структурированная проводка попадает в разряд капитальных (а не текущих) затрат. Сооружают такую сложную систему на 15-20 лет. Обычная, неструктурированная проводка для локальных сетей сохраняется без переоборудования не более 3-5 лет - потом ее обязательно приходится переделывать. Строят структурированную сеть основательно, как всякое долговременное сооружение, поэтому и закладывают значительную избыточность. Еще в проекте предусматривают дополнительные рабочие места, возможности перестановок оборудования и переездов персонала. Это требует значительного количества дополнительных розеток, кабеля, шнуров, кроссировочных панелей. Предусматривают размещение пассивного и активного оборудования в специальных комнатах связи или монтажных шкафах, предназначенных для администрирования (управления) сетью.
Структурированность (разбиение на подсистемы) позволяет эксплуатировать части локальной сети как отдельные сети, что делают во время аварий, ремонта и при других вынужденных обстоятельствах. Уже теперь по проводкам Категории 5 передают потоки 100 Мбит/с, причем по любым парам четырехпарного кабеля. Можно не сомневаться, что в ближайшее время темпы передачи возрастут во много раз.
Таким образом, структурированная кабельная система является современным, скоростным, многофункциональным (голос, данные, видео, графика и мультимедиа) сетевым решением долговременного использования, относящимся к разряду капитальных сооружений.
СТАНДАРТ TIA/EIA-568A
Предлагаемые различными компаниями структурированные проводки очень похожи, что не должно удивлять: все они соответствуют стандарту EIA/TIA-568 Commercial building telecommunication wiring standard, вышедшему в июле 1991 г. Позднее этот стандарт был дополнен документами TSB-36 (декабрь 1991 г.) и TSB-40 (август 1992 г.), в которых введены Категории 3, 4 и 5 для кабелей с неэкранированными витыми парами и соединительного оборудования, соответственно. Основное новшество в этих документах - установление технических требований к изделиям трех Категорий, позволяющим создавать в здании кабельную систему, функционирующую до 100 МГц. Такая проводка поддерживает как давно существующие локальные сети (Ethernet, Token Ring), так и недавно появившиеся (100VG-AnyLAN, TP-PMD, Fast Ethernet) и обеспечивает развитие еще более скоростных сетей. В 1995 г. выпущена новая редакция этого стандарта - ANSI/TIA/EIA-568A.
Стандарт EIA/TIA-568 закрепляет следующий состав горизонтальной проводки.
1. Длина горизонтальных кабелей не должна превышать 90 м, независимо от типа кабеля.2. Допускаются к применению четыре типа кабелей:а) четырехпарный из неэкранированных витых пар с волновым сопротивлением 100 Ом;б) двухпарный из экранированных витых пар с волновым сопротивлением 150 Ом;в) коаксиальный (по типу RG-58) с волновым сопротивлением 50 Ом (в новых системах не рекомендован);г) оптический кабель с волокнами размером 62,5/125 мкм.3. Соответственно рекомендованы следующие типы соединителей:а) модульный восьмиконтактный RJ-45;б) специальный IBM (IEEE 802.5);в) коаксиальный BNC;г) оптический соединитель.4. На каждом рабочем месте устанавливают не менее двух розеток: одна - модульная восьмиконтактная типаRJ-45, и вторая - любая из приведенных в п. 3.5. Приняты две схемы разводки четырехпарного кабеля в разъеме RJ-45:а) T-568A (рекомендована);б) T-568B (соответствует AT&T 258A).
6. Для проводки принята топология "звезды". В стандарте имеются и другие существенные рекомендации (о принципах размещения оборудования, о расположении адаптеров, о способах соединения и т. п.), но мы здесь приводить их не будем.
Особо хочется отметить, что стандарт и дополнения к нему постоянно развиваются и совершенствуются специальной группой подкомитета TR41.8. Так, в последнее время были разработаны документы, в которых представлены пересмотренные требования к элементам проводки, а также предложены критерии для оценки проводки в собранном, смонтированном виде (приведены в приложении Annex E к стандарту TIA/EIA-568A).
ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ПРОВОДКА
Горизонтальная проводка может в своем составе иметь до 90 м горизонтальных кабелей, до 10 м соединительных шнуров и 4 соединителя. Окончательные требования к такой проводке еще только вырабатываются. В документе TIA (Telecommunications Industry Association) TSB 67 сформулированы технические требования к наихудшему сочетанию элементов (т. е. минимальные), которыми и следует руководствоваться. (Подробнее о стандартах см. LAN, ноябрь 1996 г., стр. 57-59.)
В последовавшие после принятия стандарта годы происходит вытеснение коаксиальных кабелей и, частично, экранированных витых пар из сетевых проводок. Обусловлено сказанное двумя обстоятельствами: быстрым ростом характеристик неэкранированных витых пар и стремлением к однотипности линий для различных видов связи. Поскольку (как следует из п. 4, см. выше) на каждом рабочем месте устанавливается хотя бы одна розетка с гнездом RJ-45, проявилось стремление и другие розетки ставить такие же, т. е. RJ-45. Были разработаны переходники (balun - balance/unbalance) с витых пар на другие типы кабелей, и системы проводки значительно упростились. Например, SYSTIMAX SCS компании Lucent Technologies содержит только кабели из неэкранированных витых пар и оптические.
Логические конфигурации локальных сетей - кольцо, звезда, шина - реализуются топологически (на пространстве этажа) в виде звезды (см. Рисунок 3). "Звездная" проводка из неэкранированных витых пар поддерживает практически все типы локальных сетей. Изменения, связанные с различиями сетей, имеют место в других подсистемах структурированной кабельной системы. Горизонтальная подсистема остается неизменной, что очень важно при долговременной эксплуатации проводки.
Рисунок 3.
Логические конфигурации сетей - кольцо, звезда, шина, реализованные в топологии "звезда".
При такой топологии, в случае отключения или повреждения какого-либо из лучей звезды, в подсистеме управления производятся необходимые переключения, но логическая конфигурация остается без изменений. Большие преимущества звездной топологии привели к тому, что теперь она применяется практически во всех проводках. Подобные структурированные системы поставляют многие компании - производители оборудования.
Все основные изменения, относящиеся к типу локальной сети, происходят в подсистемах управления и вертикальной (см. Рисунки 1, 2). Горизонтальная проводка из неэкранированных витых пар Категории 5 остается неизмененной для всех скоростных локальных сетей: Token Ring, TP-PMD (TPDDI), 100VG-AnyLAN, Fast Ethernet. (Подробнее о горизонтальных проводках Категории 5 см. LAN, декабрь 1996 г., стр. 51-55.)
Дрейф к однотипной проводке усилил споры между сторонниками неэкранированных и экранированных кабелей: обе стороны приводят веские аргументы за свою точку зрения. Можно лишь констатировать, что кабели из неэкранированных витых пар занимают главное место в современной горизонтальной проводке для локальных сетей. В дальнейшем мы постараемся рассмотреть в деталях именно такие проводки, делая упор на высокоскоростные сети, работающие в полосе частот до 100 МГц и выше. (Подробнее об экранировании проводки см. LAN, сентябрь 1996 г., стр. 46-49.)
Кроме скоростных локальных сетей по проводке из неэкранированных витых пар функционируют системы телефонной связи, сигнализации, охраны, пожарной безопасности, системы контроля вентиляции, кондиционирования, отопления. Появилась даже концепция интеллектуального здания, основой проводки для которого служит структурированная кабельная система. Этой теме автор надеется посвятить специальную статью.
РАЗВИТИЕ СТРУКТУРИРОВАННЫХ СИСТЕМ
Возможности структурированных кабельных систем вчера и сегодня показаны на Рисунке 4. В настоящее время промышленность выпускает все необходимое оборудование для сетей в соответствии со стандартами IEEE 802.3 - Ethernet (10 и 100 Мбит/с) и IEEE 802.5 - Token Ring (4 и 16 Мбит/с), работающее по неэкранированным витым парам. Кроме того, полностью обеспечена оборудованием сеть FDDI (100 Мбит/с) по оптическому волокну.
(1x1)Рисунок 4.
Виды локальных сетей, поддерживаемых проводкой из неэкранированных витых пар.
В то же время реализуются еще два стандарта, которые закладывают основы сетей будущего: 1) IEEE 802.6 - Metropolitan Area Networking, обеспечивающий интегрированную передачу данных и голоса по оптическому волокну с темпом 100 Мбит/с в пределах крупного города; 2) IEEE 802.9 - в нем предусмотрена совместная передача данных и голоса по неэкранированным витым парам.
Эти стандарты будут поддерживаться в той же инфраструктуре, которую образует структурированная система проводки, устанавливаемая уже сегодня. Некоторые фирмы (впервые Hewlett-Packard и IBM) предложили протокол 100VG-AnyLAN, в котором сети с темпом передачи 100 Мбит/с могут работать по существующим проводкам Категории 3 (см. Рисунок 4), стандарт IEEE 802.12.
Кроме того, выпущены стандарты на сети: 1) аналогичную FDDI (100 Мбит/с), но работающую по неэкранированных витым парам Категории 5 (TP-PMD); 2) аналогичную 10BaseT, но с темпом передачи 100 Мбит/с (100BaseT), также работающую по витым парам Категории 5 (см. Рисунок 4). Готовится к выпуску стандарт 1000BaseT, на скорость 1 Гбит/с по витым парам.
Таким образом, развиваются скоростные сети по уже имеющимся проводкам, и наблюдается расширение их возможностей путем новых сетевых решений, в частности - по кабельным системам Категории 5 и Категории 5+. (Об испытаниях Категории 5+ см. LAN, апрель 1997 г., стр. 54 и сентябрь 1997 г., стр. 13.)
Основным направлением развития горизонтальной проводки остается применение витых пар Категории 5. Многими компаниями предложены системные решения, т. е. создана вся "линия" продуктов Категории 5 - кабели, кроссы, соединительные шнуры, розетки и т. п. Поэтому при сооружении новых сетей имеет смысл сразу строить кабельную систему, применяя все новейшее оборудование Категории 5 или Категории 5+.
Существенным достижением является поддержка асинхронного режима передачи (ATM, 155 Мбит/с) по неэкранированным витым парам Категории 5; по четырем парам в Bell Laboratories осуществлена передача 622 Мбит/с. Более того - там же продемонстрирована возможность передачи со скоростями, превышающими 1 Гбит/с, по кабельной системе под названием Giga SPEED, входящей в SYSTIMAX SCS.
Давид Яковлевич Гальперович - кандидат технических наук, старший научный сотрудник ОКБ КП, доцент МТУСИ. С ним можно связаться по тел.: (095) 583-4572.
Lan/Журнал сетевых решений, (Октябрь 1997, том 3, номер 6)
Изменено 16-Mar-99 05:59
Copyright (С) 1999 Оптилинк