КАБЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ЛОКАЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Карпов Геннадий,
http://kgg.moldline.net/

Обычно в литературе, посвященной локальным вычислительным сетям, в разделе, описывающем кабельные подсистемы, приводится общее сравнение типов кабелей (коаксиальных, кабелей на витых парах, оптических) по их помехозащищенности, производительности, стоимости и т.п. Здесь эта информация будет опущена. Как правило, проектировщики сетей не принимают решения на базе этой информации. Выбор кабельной подсистемы диктуется типом сети и выбранной топологией. Требуемые же по стандарту физические характеристики кабеля закладываются при его изготовлении, о чем и свидетельствуют нанесенные на кабель маркировки. В результате, сегодня практически все сети проектируются на базе UTP и волоконно-оптических кабелей, коаксиальный кабель применяют лишь в исключительных случаях и то, как правило, при организации низкоскоростных стеков в монтажных шкафах.

В проекты локальных вычислительных сетей (стандартных) закладываются на сегодня всего три вида кабелей:

• коаксиальный (двух типов):
  - тонкий коаксиальный кабель (thin coaxial cable);
  - толстый коаксиальный кабель (thick coaxial cable).
• витая пара (двух основных типов):
  - неэкранированная витая пара (unshielded twisted pair - UTP);
  - экранированная витая пара (shielded twisted pair - STP).
• волоконно-оптический кабель (двух типов):
  - многомодовый кабель (fiber optic cable multimode);
  - одномодовый кабель (fiber optic cable single mode).

И хотя общая номенклатура всех этих кабелей у многих производителей составляет даже не сотни, а тысячи наименований, выбирать кабель (повторюсь), как правило, приходится исходя не из характеристик конкретной марки, а из правил применения, что существенно облегчает жизнь проектировщику кабельной подсистемы ЛВС.

КАБЕЛИ ЛОКАЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

При проектировании и монтаже ЛВС, как указывалось выше, в качестве стандартных систем передачи данных можно использовать довольно ограниченную номенклатуру кабелей: кабель с витыми парами (UTP-кабель) категорий 3, 4 или 5 с различными типами экранов или без них (STP - экранирование медной оплеткой, FTP - экранирование фольгой, SFTP - экранирование медной оплеткой и фольгой), тонкий коаксиальный кабель (RG-58) с разным исполнением центральной жилы (RG-58/U - сплошная медная жила, RG-58A/U - многожильный, RG-58C/U - специальное /военное/ исполнение кабеля RG-58A/U), толстый коаксиальный кабель (thick coaxial cable) и волоконно-оптический кабель (fiber optic cable single mode-одномодовый multimode-многомодовый). При этом каждый вид кабельной подсистемы накладывает те или иные ограничения на проект сети:

МАКСИМАЛЬНАЯ ДЛИНА СЕГМЕНТА

100 м	у кабеля с витыми парами
185 м	у тонкого коаксиального кабеля
500 м	у толстого коаксиального кабеля
1000 м	у многомодового (mm) оптоволоконного кабеля
2000 м	у одномодового (sm) оптоволоконного кабеля (с применением специальных средств до 40 - 70-90 км)

КОЛИЧЕСТВО УЗЛОВ НА СЕГМЕНТЕ

2	у кабеля с витыми парами
30	у тонкого коаксиального кабеля
100	у толстого коаксиального кабеля
2	у оптоволоконного кабеля

ВОЗМОЖНОСТЬ РАБОТЫ НА СКОРОСТЯХ ВЫШЕ 10Мbit/sec

Да	у кабеля с витыми парами и волоконно-оптического кабеля
Нет	у коаксиальных кабелей

ТРЕБОВАНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ПРИМЕНЕНИЕ КАБЕЛЕЙ

Правила противопожарной безопасности делят кабели на две категории: общего применения и пленумные (разрешенные для прокладки в вентиляционных шахтах). Это деление осуществляется исходя из материалов, применяемых при изготовлении кабелей. Наиболее распространенные при изготовлении кабелей пластики на базе поливинилхлорида (PVC). При горении они выделяют ядовитые газы. По-этому PVC-кабели запрещены для прокладки в вентиляционных шахтах. В пленумных пространствах обычно применяются кабели с изоляцией на основе тефлона.

ОСНОВНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАБЕЛЕЙ НА ВИТОЙ ПАРЕ.

Все кабели должны иметь витые пары проводов, применение кабелей с несвитыми попарно проводами не допускается. Это относится даже к коротким отрезкам плоского кабеля. При использовании экранированных кабелей на витой паре, сегменты последних рекомендуется заземлять на одном ( и только на одном! ) конце. На практике это удобнее производить на конце, подключенном к концентратору.

• минимальный радиус изгиба - 5 см
• температура при работе и хранении:
  -35...+60С - для кабеля в поливинилхлоридной оболочке
  -55...+200С - для кабеля в тефлоновой оболочке
• температура при монтаже:
  -20...+60С - для кабеля в поливинилхлоридной оболочке
  -35...+200С - для кабеля в тефлоновой оболочке
• относительная влажность:
  - 0...+100% - для кабеля в поливинилхлоридной оболочке, допускается случайная конденсация
  - не реагирует на влажность, конденсацию и водяные брызги - для кабеля в тефлоновой оболочке
• возможность применения на открытом воздухе:
  - запрещено - для кабеля в поливинилхлоридной оболочке
  - разрешено - для кабеля в тефлоновой оболочке
• запрещено применение тонкого коаксиального кабеля для прокладки на открытом воздухе между двумя не связанными друг с другом зданиями (между зданиями, не имеющими общего контура заземления).

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ КАБЕЛЕЙ

При установке новой сети целесообразно применять кабель с витыми парами в рабочей группе. Оптоволоконные кабели - на длинных магистралях и для связи между зданиями. Тонкие коаксиальные кабели наиболее оправдано применять для организации низкоскоростых магистралей внутри монтажных шкафов (смотрите материал "Сложившаяся практика проектирования локальных сетей"). Кабели на витой паре и оптоволоконные кабели позволяют модернизировать сеть, переводя ее с 10 на 100 Mbit-ные технологии.

Наиболее "подвижной" частью любой ЛВС являются подсистемы рабочей группы. Добавление новых пользователей, перемещение рабочих мест и их аннулирование, повреждения кабеля в рамках рабочей группы происходят гораздо чаше, чем изменения в магистральных каналах. Именно поэтому UTP-кабели наиболее удобны для организации подсистем рабочих групп.

На длинных магистралях безусловно наиболее предпочтительно оптоволокно, ибо он обеспечивает наибольшую допустимую длину сегмента, высокую безопасность и помехозащищенность.

Если заказчик вдруг, неоправданно с вашей точки зрения, настаивает на применении других, более дешевых кабелей или не хочет принимать Ваши рекомендации по вопросам будущего расширения сети, попробуйте объяснить ему, что сам кабель сравнительно дешев, а его установка обходится весьма дорого. Когда приходится прокладывать кабель внутри стен, под полом или над потолком, намного дешевле заложить сразу дополнительные кабели, чтобы потом, спустя несколько месяцев, возвращаться к этим работам и снова прокладывать кабель по старым трассам.

Чтобы не иметь проблем с кабельной подсистемой, при ее проектировании можно воспользоваться следующими правилами (рекомендации даны для применения UTP-кабелей):

• если это сеть здания офисного типа (например, банк или собственно офисное здание), закладывайте один UTP кабель на каждые 3-4 кв.м. помещения. Рабочие места в зданиях такого типа подвержены наиболее частым переездам и очень плотному оснащению средствами вычислительной и оргтехники.
• если это сеть обычной фирмы или предприятия, удвойте потребность в средствах вычислительной техники, которую заявил Вам Заказчик.
• выполнив монтаж кабельной подсистемы обязательно проведите ее сертификацию на соответствие требованиям 5-й категории (каждый линк и патч-корд). Даже если Вы применяли качественные компоненты, факторы монтажа и окружающих условий могли вызвать ухудшение рабочих характеристик. Распечатайте и сохраните результаты испытаний.

Соблюдение этих правил позволит избежать проблем с расширением кабельной сети при переходах на новые технологии как в рамках собственно ЛВС, так и в телефонных коммуникациях.

Для подсистем на базе тонких коаксиальных кабелей такие рекомендации выработать нельзя, т.к. в таких подсистемах необходимо стараться решить другую задачу - минимизировать количество рабочих мест. Вообще говоря тонкий коаксиальный кабель не рекомендуется для сетей рабочей группы. Хотя проблема при его использовании заключается не собственно в кабеле. Дело в том, что проводка тонкого коаксиального кабеля выполняется открытой и пользователи имеют к ней доступ. Нередко пользователь некорректно отключает кабель, разрушая целостность кабельного сегмента. При этом выходит из строя вся сеть, может нарушиться работа сетевого программного обеспечения. К этим же последствиям приводит снятие терминатора с конца кабельного сегмента, применение отрезков кабеля с другим волновым сопротивлением. По этим причинам целесообразно применять тонкий коаксиальный кабель только в защищенных от несанкционированного доступа местах, например в монтажном шкафу. Кроме того, шинная топология сетей на тонком коаксиальном кабеле затрудняет диагностирование т.к. кабель является общим для множества узлов. Неисправность может быть вызвана любым узлом, любым отрезком кабеля или любым терминатором. Отыскать неисправность в таких сетях обычно довольно сложно.

ПРОБЛЕМЫ МОНТАЖА КАБЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

В дополнение можно отметить, что управление сетью наиболее удобно на топологиях, поддерживаемых UTP-кабелем, а толстый коаксиальный кабель на наших территориях применяется настолько редко, что о возможности его применения проектировщики начинают забывать (хотя случаются ситуации, где его применение приводит к красивым техническим решениям). В этом отношении интересен североамериканский регион, где объемы продаж толстого коаксиального кабеля и трансиверов к нему довольно велики по настоящее время. Наиболее подходящая область применения UTP-кабелей - кабельные подсистемы рабочей группы, горизонтальные подсистемы зданий и вертикальные подсистемы (при использовании STP-кабеля). Тонкий коаксиальный кабель целесообразно использовать для организации магистралей в монтажных шкафах, рабочих групп в помещениях с жесткой привязкой рабочих мест, низкоскоростных вертикальных кабельных подсистем. Оптоволоконный кабель - лучшее решение для организации скоростной среды передачи данных вертикальной подсистемы, магистрали между коммутационными узлами и между зданиями (административная и базовая подсистемы). Толстый коаксиальный кабель сегодня находит применение только в частных случаях: для организации низкоскоростных магистралей между соседними зданиями (до 500 м). При этом его применение нередко определяется тем, что кабель "уже есть" или даже "ранее проложен для иных целей".

При монтаже любой кабельной подсистемы в любом здании приходится сталкиваться с огромным количеством проблем. Одна из причин - достаточно высокая (для того, чтобы создать проблемы) насыщенность зданий целой системой кабельных и проводных сетей: телефонные, телевизионные, системы пожарной и охранной сигнализации, локальные вычислительные сети компьютерных систем, системы электрообеспечения и т.п. кабельные коммуникации зачастую просто опутывают все помещения. Так называемые "интеллектуальные здания" у нас пока практически не строятся. Поэтому при проведении работ по монтажу компьютерных сетей в такого рода зданиях приходится решать следующие проблемы:

• ранее установленные локальные сети независимы и, как правило, работают на граничных длинах кабельных коммуникаций;
• обслуживающий персонал любой кабельной подсистемы здания (пожарной или компьютерной) считает свою подсистему главной и не принимает во внимания Ваши требования;
• малейшие изменения в архитектуре любой сети (например компьютерной или сети электроснабжения) приводят к затратам не только на дополнительные материалы, но и на проведение изменений в действующей части;
• заложенные при строительстве коммуникации полностью забиты как действующим, так и безхозным кабелем, но освободить их от неиспользуемых кабельных систем невозможно без повреждения работающих сетей, а использовать бесхозные нельзя из-за множественных повреждений.

Решить эти проблемы в комплексе возможно только в том случае, если требовать, чтобы кабельные системы служили длительные периоды времени не претерпевая кардинальных изменений, допуская при этом простое расширение. Но надо отдавать себе отчет в том, что это возможно лишь при капитальных затратах на внутренние кабельные системы здания. Километры кабеля, прибитого по плинтусам в коридорах здания - это не система связи, способная надежно просуществовать несколько лет. Строго говоря, для решения проблем связанных с кабельными коммуникациями, необходимо плотное сотрудничество с проектно-конструкторскими организациями, т.к. специалисты, выполняющие эти работы, не знают что такое компьютерная сеть, и СНИП-ов на проектирование кабельных подсистем ЛВС по-моему пока тоже не существует.

В мире несколько фирм специализируются на производстве так называемых структурированных систем монтажа. Наиболее известные из них AT&T с системой SYSTIMAX SCS, Digital - DEC Connect, AMP - NET Connect, а также Legrand, Panduit, Hubbell и др. предлагают такое количество готовых стандартных решений, такой набор кабельной фурнитуры, что проблем с монтажем и обслуживанием кабельного хозяйства, на мой взгляд, возникнуть не может. В состав структурированных кабельных систем входят специальные короба разного сечения для укладки кабеля, фурнитура крепления, розетки (компьютерные, телефонные, электропитания), монтажные шкафы, кроссировочные или патч-панели, заделанные на концах коаксиальные, UTP и волоконно-оптические кабели разной длины. При этом топология кабельной системы собирается только на кроссировочной панели, позволяя организовывать в пределах одной кросс-панели несколько различных топологий локальных сетей без изменения физической конфигурации кабелей.

При относительно высокой начальной стоимости структурированные кабельные системы оправдывают капиталовложения за счет:

• длительного использования;
• допускают одновременное использование разных протоколов и сред передачи данных;
• модульности и возможности внесения изменений, а также наращивания мощности без влияния на существующие сети;
• позволяет обеспечить одновременный и быстрый доступ ко всем системам, проложенным в кабельных каналах;
• не зависят от поставщика сетевого оборудования;
• являясь единой сетью, позволяют создавать независимые участки сети;
• допускают использование ранее установленного оборудования;
• не зависят от изменений в информационных технологиях;
• обеспечивает зрительное восприятие разделения кабельных подсистем по функциональному признаку.

Структурированные кабельные системы - это реализация модульного представления о кабельных системах связи, рассматривающая последние в виде набора подсистем. Для того, чтобы проектирование проистекало менее болезненно, а, ГЛАВНОЕ, для того, чтобы в процессе эксплуатации было несложно модернизировать, расширить или даже перепрофилировать кабельную подсистему, ее желательно рассматривать в виде нескольких стандартизованных компонент - подсистем.

СКС выделяют три таких подсистемы: горизонтальную подсистему, вертикальную подсистему и кампус (базовую подсистему - магистраль между зданиями.

Основываясь на личном опыте общения с Заказчиками сетевых работ, я бы дополнил список подсистем СКС еще подсистемами рабочей группы и административной подсистемой. Подсистемы рабочей группы не всегда совпадают с горизонтальной подсистемой, особенно на развивающихся объектах. А на проектирование административной подсистемы накладывают свою специфику некоторые аппаратные комплексы по дистанционному управлению, разграничению доступа, безопасности и т.п., а также "взгляды на жизнь" ряда системных администраторов и руководителей, выпадающие из общей идеологии проектирования кабельных подсистем в рамках конкретного объекта. Практика показывает, что если не вычленить эти две подсистемы из общего проекта, то процесс принятия решения Заказчиком почти наверняка затянется.

Рис. 1. Кабельные подсистемы на примере сети масштаба предприятия

Подсистема рабочей группы

Подсистема рабочей группы - это функционально-территориальная подсистема. Как правило, пользователь начинает думать о локальной вычислительной сети уже имея рабочие места, оснащенные компьютерами. Очень часто при этом некоторые компьютеры оказываются сопряженными или друг с другом, или с какими-то устройствами (обычно приборами, принтерами и модемами коллективного использования). То есть пользователь перед началом выполнения работ по проектированию ЛВС уже имеет кабельную подсистему той или иной степени сложности. Эту подсистему можно сохранить, если она в достаточной степени развита, или заменить на более приспособленную для решения задач данной рабочей группы. При необходимости сохранения старого кабельного хозяйства и включения его в состав новой ЛВС, целесообразно использовать кабельную подсистему, построенную на базе витой пары, т.к. среди выпускаемого промышленностью оборудования для витой пары есть полный спектр переходников с данного типа соединителя.

Горизонтальная подсистема

Горизонтальная подсистема - это территориальная подсистема. Обычно основной объем работ по прокладкам кабеля приходится на нее. Подсистема рабочей группы и административная подсистема, как правило, являются ее составными частями. В зависимости от характеристик объекта, на котором она устанавливается (производственный цех, этаж административного здания, спортивный стадион, морской порт, выставочный павильон и т.п.), эту подсистему приходится проектировать на оптоволокне, защищенной или незащищенной витой паре, коаксиальном кабеле. Однако, в последнее время, для этих целей редко используется коаксиальный кабель. Обычно применяют витую пару или волоконно-оптический кабель.

В последнее время все чаще принимается решение о применении в горизонтальных подсистемах оборудования, работающего со скоростью 100 Мбит/сек. В тех же случаях, когда в ближайшей перспективе нет смысла в использовании сетевого оборудования с пропускной способностью выше 10 Мбит/сек (оборудование 3-й категории), но есть перспектива развития сети, желательно сразу установить кабельную систему, способную работать со скоростью 100 Мбит/сек (5-й категории). Это позволит во-первых, немного приподнять общую производительность сети благодаря уменьшению количества коллизий, связанных с чистотой каналов связи (кабели 5-й категории значительно "чище"), а во-вторых, и это самое главное, при дальнейшем развитии сети (переходе на оборудование 5-й категории) не придется производить никаких работ, связанных с заменой кабельного хозяйства.

Однако, для того, чтобы кабельная подсистема 5-й категории, собранная на базе 4-х парных неэкранированных витых парах (а именно UTP кабель, как правило, применяется в данных подсистемах), работала надежно, необходимо соблюдать определенные правила:

- все четыре пары кабеля имеют цветовую маркировку, с помощью которой различаются номера пар проводов. Помните о том, что существуют два основных стандарта распределения пар проводов по контактам разъемов RJ45: EIA-T568A и EIA-T568B. Существуют еще внутрифирменные стандарты для работы с определенными марками кабелей и коммутационного оборудования, но правила применения данных видов кабельной продукции писываются в сопроводительных документах. По стандарту EIA-T568A пары распределяются следующим образом (см. рис 2 и 3).

Рис.2. Соответствие цветовых маркировок парам проводников

Рис. 3. Расположение пар и контактов на разъемах по стандартам Т568А, Т568В и Ethernet.

• обращать внимание на упаковочные листы к соединителям. Некоторые фирмы (например Hubbell Premise Wiring) выпускают соединители с отличным от приведенного выше распределением пар;
• в пределах одной горизонтальной подсистемы использовать кабель одной марки одного и того же производителя;
• вся подсистема должна содержать изделия только 5-й категории (включая патч-панели, розетки и разъемы);
• горизонтальные кабели должны иметь длину порядка 90 метров (стандарт IEEE 802.3 запрещает применение кабеля длиной более 90 м);
• соединительные кабели (кабели, прокладываемые от розетки до сетевого адаптера компьютера) не должны иметь длину более 10 метров;
• общая длина горизонтального и соединительного кабелей не должна превышать 100 метров;
• расплетение пар при их заделке допускается не более чем на 1/2 дюйма (12.7 мм);
• общее количество соединителей в горизонтальной проводке не должно превышать четырех устройств.

Обратите внимание на то, что номера пар в стандартах 568А и 568В меняют свое месторасположение и даже цвет, но при этом "информационная" принадлежность контактов остается прежней.

Вертикальная подсистема

Вертикальные подсистемы - территориальные подсистемы, служащие для подключения горизонтальных подсистем друг к другу. Обычно реализуются на базе коаксиального кабеля, защищенной витой пары или волоконно-оптического кабеля.

Административная подсистема

Эту кабельную подсистему, как правило, не выделяют в виде самостоятельной структуры. С одной стороны это правильно, но часто ее желательно обозначить перед Заказчиком как отдельную структуру. Административная подсистема кабельного монтажа - это функциональная подсистема. Ее назначение связывать подсистемы рабочих групп и горизонтальные подсистемы в единое целое. Она должна обеспечивать возможность установления резервных связей, подключение дополнительных рабочих мест и других подсистем. Нередко в рамках административной подсистемы требуется поддержка автономной системы энергоснабжения, голосовой и видио-связи. Одно из основных требований к административной подсистеме - гибкость и возможность увеличения мощности.

Базовая подсистема (кампус)

Базовые подсистемы служат для объединения вертикальных или административных подсистем друг с другом. В этом случае наиболее оправдано применение оптоволокна. В настоящее время на оптоволокне Ethernet работает с скоростями 10 Мбит/сек и 100 Мбит/сек, ожидается появление оборудования со скоростью 660 Мбит/сек (теоретическая пропускная способность оптических кабелей на сегодня оценивается цифрой 200Гбит/сек). Многие компании используют для организации базовых подсистем оборудование, поддерживающее FDDI стандарт - волоконный распределенный интерфейс данных, имеющий производительность 100 Мбит/сек. В последнее время, с утверждением стандарта на ATM, в мире все шире начинает применяться этот тип оборудования.

Предприятия, выпускающие оборудование для ЛВС поддержали идеи организации сетей на базе структурированных систем монтажа. Более того, работая над проблемой объединения между собой разных типов кабельных сетей, они выработали универсальный подход для решения этой проблемы - интеллектуальный модульный концентратор (Intelligent Hub). Этот вид оборудования выпускается в виде блока со сменными модулями, обеспечивающими связи со всеми типами кабельных систем.

Большинство проектировщиков ЛВС давно пришли к мысли, что Hub-технологии и структурированный монтаж должны стать составной частью обычной рядовой офисной сети. С этой мыслью, и как можно скорее, должны свыкнуться Заказчики. НА КАБЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ НЕЛЬЗЯ ЭКОНОМИТЬ. Лучше поставьте на 2-3 компьютера меньше. Их Вы докупите чуть позже, но зато дешевле, а кабельную подсистему придется менять или реконструировать и это будут выброшенные "на ветер" деньги.