Абонентская система здания.

Основное назначение абонентской системы здания (иначе говоря, внутридомовой разводки) - подключение конечных пользователей к активному (очень редко пассивному) оборудованию Ethernet-провайдера внутри одного дома. В функциональном плане эта цель почти совпадает (в терминах СКС) с горизонтальной кабельной системой, но прокладка сети в жилом доме обладает целым рядом отличительных признаков.

Во-первых, как было показано выше, оптимально в качестве базового протокола использовать 10baseT, требования которого к качеству коммуникаций невысоки (достаточно Категории 3). Основным материалом бесспорно можно считать витую пару 5-той категории. Единственное, на что при этом стоит обратить внимание - это количество пар в кабеле. Спецификации Ethernet 10/100baseT явно определяют необходимый минимум - 2 пары, максимальное их количество не ограничено, и может быть выбрано "по потребности" (например, достаточно широко используются 25 и 50 парные кабеля).

Во-вторых, из вполне понятных экономических соображений, Ehternet-провайдерам приходится подстраиваться под архитектурные особенности зданий. Нельзя прокладывать коммуникации, невзирая на расходы, как это принято при инсталляции СКС (тем более, совмещать их со строительством или капитальным ремонтом). Поэтому желательно еще на стадии проекта (или эскиза) учесть пропускную способность шахт слаботочной проводки, вводов, возможность крепления кабелей, предусмотреть защиту активного оборудования от злоумышленников, и многое другое.

В-третьих, не известно заранее ни количество, ни расположение абонентов. Подводить кабеля ко всем квартирам без исключений имеет смысл только в "элитных" домах. В большинстве зданий по статистике подключается в первый год не более 10% жильцов, и такие затраты просто не обоснованны. В результате абонентская система растет постоянно, по мере увеличения количества абонентов.

Учитывая вышесказанное, рассмотрим наиболее важный аспект в строительстве абонентской системы здания - топологию сети, которая определяется в основном местоположением активного оборудования.

Хаотичное расположение оборудования

Подобная топология достаточно типична для начинающих сетей. Само название говорит о том, что упорядоченной структуры нет, оборудование ставилось "где удобно", и, скорее всего, "когда угодно". Например, нужно подключить соседа - ставится хаб (коммутатор) в подъездном щитке. Или оказалось слишком велико расстояние до соседнего дома, в результате на чердаке (техэтаже) поставлено активное устройство. А то и еще проще - в момент прокладки не удалось получить доступ на один из этажей, нет никого из жильцов - и поставлен еще один разветвитель.

Абонентская система здания с хаотичным расположением оборудования.

Рисунок 6.12. Абонентская система здания с хаотичным расположением оборудования.

Таким образом, причин (и мотиваций) может быть много, от вполне резонных, до сиюминутных. Результат обычно получается вполне работоспособным, но до определенных пределов, за которыми может последовать частичная или полная неработоспособность сети (часто с труднообъяснимыми симптомами).

Можно согласиться, что современное активное оборудование очень дешево, надежно, и позволяет легко создавать разветвленные запутанные сети. Плюс к этому, используется минимальное количество кабеля, и проводятся самые простые монтажные работы.

Но для промышленного использования такой вариант не годятся по следующим причинам:

Отдельное электропитание каждого устройства вызывает необходимость подключения к силовой сети во множестве точек. Пока это делается пиратским способом, особых сложностей не видно (кроме заметного снижения надежности и повышения сложности работ). Но как только потребуется официальная сдача сети, пусть даже самой первичной инстанции (ЖЭК, ДЭУ), быстро выяснится вся сложность ситуации. Как минимум, потребуется электрический счетчик, щиток под него, предохранители... В общем, можно без преувеличения сказать, что проблемы с пожарной инспекцией, энергосбытом, ГСН, и другими инстанциями будут фактически неразрешимы. Для оказания качественной услуги, надежной авторизации и защиты абонентов необходим удаленный контроль каждого пользователя на порту активного оборудования (а не на шлюзе доступа к Интернет). Однако, до выпуска недорогих малопортовых управляемых коммутаторов еще достаточно далеко, их отличие в стоимости от простейших хабов (являющихся в настоящее время фундаментом хаотичных сетей), пока достигает сотен долларов. Таким образом, рассматриваемая сеть с точки зрения администраторов является "черным ящиком", процессы внутри которого не поддаются контролю, и, тем более, управлению. Обслуживание активного оборудования едва ли не самая большая статья расходов Ethernet-провайдеров. Очевидно, что гораздо проще следить за состоянием одного мощного коммутатора, чем десятка небольших хабов, рассеянных по дому (да еще с не всегда очевидным местоположением, доступом, и правом собственности). То же самое в полной мере относится и к защите от злоумышленников - чем меньше устройств, тем их проще защитить.

Полагаю, что каждого из перечисленных пунктов в отдельности достаточно для создания мотивации к переходу на другие схемы построения абонентских систем здания (конечно, при наличии финансовых возможностей).

Структурирование по подъездам

В этом варианте пользователи подключаются к "своему", обслуживающему каждый отдельный подъезд устройству (хабу, коммутатору). Оборудование всех подъездов подключено к одному коммутатору, который, в свою очередь, каким-либо образом включен в магистраль.

Этот вариант является фактическим отражением офисных локальных сетей. Только роль "вертикальной" межэтажной магистрали играют "межподъездые" связи, а разводка внутри подъезда аналог горизонтальной кабельной системы этажа в терминах СКС.

Абонентская система здания с одной точкой коммутации.

Рисунок 6.14. Абонентская система здания с одной точкой коммутации.

Преимущества перед предыдущей схемой очевидны - установка, подвод питания, обслуживание, защита от злоумышленников - все в одном месте. Но недостатки тоже имеются, главным образом это кабельные линии большей протяженности и большой толщины.

Что лучше выбрать? Решение придется принимать в основном из архитектурных соображений. Если протащить толстые пучки кабелей через шахты слаботочной проводки реально, то вариант с одним распределительным пунктом будет более предпочтителен. То же самое можно сказать, если в подъезде приходится прокладывать новые кабельные каналы (это нередкий случай в старых домах, где слаботочная проводка не предусмотрена вообще).

Когда коммуникационные трубы слишком узкие, строение многоэтажное (более 10-12 этажей), и много абонентов (или большие перспективы их появления), целесообразно использовать структурную схему, ориентированную на установке активного оборудования в каждом подъезде.

Централизованная схема удобнее в относительно невысоком здании (менее 10-12 этажей), и числом абонентов в подъезде менее 10-15. Практически, под это определение попадает около 90% отечественных домов, поэтому можно считать данный вариант основным.

Можно подчеркнуть дополнительное преимущество схемы с одним распределительным пунктом в доме. При развертывании сети часто бывает, что пользователей мало (всего 1-2 на дом). Понятно, что ставить в этой ситуации несколько активных устройств сразу не выгодно. А когда сеть разрастется, не придется менять ее топологию - достаточно вместо 6-портового хаба поставить мощный 25-ти коммутатор, или даже что-то более серьезное. Кабельная система здания может остаться прежней.

Дилемма 10/100.

Как ни странно, но начать разговор о технологиях придется с экономики. Вернее, со скорости передачи данных, которую желательно использовать в домашних (территориальных) сетях. Причина этого достаточно проста - неизбежный (по целому ряду экономических и технических причин) уход от идеологии СКС ведет к серьезной зависимости кабельной системы от используемой технологии передачи данных.

Если при строительстве серьезной корпоративно сети декларируется пригодность кабельной инфраструктуры к передаче данных любого стандартного типа, и с любой стандартной скоростью, в Ethernet-провайдинге ситуация противоположная. Сеть создается для вполне определенной технологии (Ethernet), и вполне определенной скорости передачи данных.

Из этого следует несколько выводов:

1. Нет понятия законченной сети - она строится по мере необходимости (и ремонтируется) все время. Хороший и весьма близкий пример - абонентская часть телефонной сети.

2. Инфраструктура создается не для удовлетворения собственных потребностей, а как средство, необходимое для продажи услуг. Соответственно, появляется вполне экономический расчет продажи не абстрактной выгоды от использования, а пропускной способности.

3. Динамика развития отрасли такова, что инвестиции на данном рынке должны окупиться быстрее, чем за 3-5 лет. Далее не обойтись без коренной реконструкции инфраструктуры (в первую очередь активного оборудования).

Особо нужно отметить, что такой подход отнюдь не значит, что на сети, спроектированной под соответствие требованиям 3-ей Категории, никогда не будет работать протокол, предусматривающий 100-мегабитную (или значительно большую) скорость. Ограничение - не самоцель, а лишь экономический расчет продажи сети. Как только появится технология, в которой высокая скорость сочетается нетребовательностью к качеству абонентской разводки, и сравнимой стоимостью - ее надо будет немедленно взять на вооружение. Хорошей демонстрацией потенциальных возможностей старых кабельных систем могут служить стандарты 100С5 или 10baseT4, не получившие, к сожалению, широкого распространения. Но наличие технологий передачи более 10 мегабит по электрической проводке позволяют предположить реальную возможность передачи 200-300 мегабит по витой паре 3-ей категории.

Посмотрим, что же продает Ethernet-провайдер. Ответ простой - услуги и трафик. К трафику мы еще вернемся, сначала обратим внимание на услуги.

Не только в домашней сети, в интернете вообще очень сложно продать услуги. Если у пользователя есть канал передачи данных, он обычно в состоянии сам позаботиться о сервисе (посредником вклиниться реально, но скорее пока это из раздела фантастики). Традиционный хостинг, ASP-провайдинг, требования безопасности, антивирусы, и т.п. фактически не востребованы в этом сегменте рынка.

IP-телефония более реальный сервис, но это скорее отдельный бизнес, не имеющий особого отношения к сети. Что остается? Видео по заказу (пока никто не наказывает за пиратство), радиотрансляции. Это хорошо, и технически возможно, остается только придумать, как за это получать реальные деньги.

Можно сказать, что на сегодня единственный источник прибыли Ethernet-провайдера (и в значительной степени традиционного ISP) - перепродажа трафика. Он покупается оптом подешевле, продается в розницу, но дороже. Схема древняя и простая, следовательно, можно сделать вполне реальное экономическое обоснование выбору скорости.

Пусть средний пользователь тратит до $20-30. Хоть 30 скорее то, что хочется, а не то, что есть, примем эту величину за основу. Далее, мы имеем расценки на трафик, которые диктуют транспортные операторы - это примерно $50 за гигабайт для провайдера, и примерно $100 для конечного пользователя. Кроме этого, предположим, что есть и внутригородской (внутрироссийский) трафик по льготной цене (например, $3 за гигабайт), который составляет 80% от общего потребления.

Проделав не сложные расчеты, можно получить, что 10-ти мегабитный канал с 30% загрузкой способен передать 700 Гб в месяц, на сумму $3000. А этого более чем достаточно на 100 пользователей. В реальности, цены на трафик значительно выше, а значит, количество пользователей можно смело увеличить в 2-3 раза.

Посмотрим на проблему с другой стороны. Может быть, трафик имеет резкие пики во времени? Но это явно не так. Частный пользователь и малый офис дают кривую, существенно более гладкую, чем корпоративный ADSL (и это вполне объяснимо). Более того, получать данные с большой одномоментной скоростью просто неоткуда - Интернет в массе до сих пор мыслит категориями dial-up, со всеми вытекающими последствиями.

Может быть, проще строить сразу с запасом, что бы не переделывать в будущем? Но компьютерная индустрия не оставляет места иллюзиям. Активное оборудование устаревает стремительно, и не стоит рассчитывать срок его службы более, чем в 5 лет. То же самое относится к наружной проводке (правда, уже по причинам большой агрессивности внешних условий).

Можно возразить, что активное оборудование на 100 мегабит стоит всего на 20-30% дороже 10 мегабит. Но это то же деньги, причем не разовые - ведь эксплуатационные затраты то же выше на похожую величину. Готов ли конечный пользователь заплатит эти лишние деньги? Для предположения отрицательного ответа не нужно проводить специального исследования. Все и так ясно…

Еще один аргумент за более высокую скорость - конкурентное преимущество. Кажется, что стоит сказать клиенту, что "у нас в 10 раз быстрее", как он немедленно покинет чужую сеть...

Однако, в реальности это не так. Не менее 50% абонентов вообще не примут сказанного в расчет. 40% спросят стоимость трафика и абонентской платы, и будут долго прикидывать что выгоднее. А оставшиеся 10% (вероятно, игроки в Квейк или КС) с радостью переключатся... Но только бесплатно. Зато все посмотрят на офис, лицензии, вежливость технической поддержки, скорость устранения неполадок, и многое другое.

Поэтому, как и в любом традиционном бизнесе, конкурентное преимущество получит сеть с лучшими экономическими показателями. А вот тут-то сэкономленные 20-30% весьма и весьма пригодятся. Это лишний подарок к празднику, пять копеек скидки в тарифе, круглосуточная техподдержка, квалифицированный персонал, и многое другое...

Порой говорят, что сеть "тормозит", даже 100 Мбит недостаточно. Ответ простой - и гигабита не хватит... пока трафик внутри сети не учитывается. Пользователь любит халяву. Не только Российский, кстати (но это уже совсем другая история). Если ему дать возможность, он загрузит копированием CD-дисков 100 мегабит, а копированием DVD - гигабит. И даже не поморщится.

Решающее все проблемы средство одно - подсчет трафика на порту. Тогда 10-ти мегабит хватит надолго... Но реально это сделать не так-то просто, нет такого оборудования (и программного обеспечения) за небольшие деньги. Поэтому на сегодня логичнее (а главное, дешевле) делать 100-мегабитную магистраль, а пользователей жестко ограничивать 10-тью. Это даст возможность минимально защитить бекбон от перегрузки.

Вполне рационально дизайном сети ограничить возможности прямой связи между абонентами, а большинство ресурсов сделать платными... Однако, это совсем не означает содрать три шкуры с пользователя. Скорее наоборот - каждый заплатит именно за то, что использовал (и вполне вероятно, меньше "среднего по всем абонентам").

Значительно хуже ситуация, когда бесплатность видеоархива, игрового сервера и внутрисетевого трафика покрывается высокими расценками за внешний Интернет. Из сети вымываются потребители наиболее выгодного (при продаже) ресурса, что плохо как им самим, так провайдеру. Известны на первый взгляд странные случаи, когда модем используется для дешевого окачивания сайтов, найденных при подключении через Ethernet. Если услуга неудобна для наиболее платежеспособного пользователя, бизнес не сможет быть успешным.

В заключение остается добавить, что большая часть вышесказанного не относится к любительским сетям, которые не ставят целью получение максимальной прибыли. Это случай особый, и экономические критерии к нему малоприменимы.

Глава 6 | «« Назад | Оглавление | Вперед »»

Домашние (территориальные) сети.

Глава 6. Домашние (территориальные) сети.

Сорока и плотвица, чебак и птица клест,
"ты рыба или птица" ей задали вопрос.
И гордо шаркнув лапкой, прищурив левый глаз,
ответила Оляпка - "я птица водолаз"
Детская песенка про Оляпку.

Вопрос оказания провайдинговых услуг через сети Ethernet уже несколько раз был затронут в данной книге (например, в Главе 3). Пришло время подробнее остановиться на основных принципах построения подобных сетей, положить некий теоретический базис под практические материалы 2 части.

Не вдаваясь глубоко в исторические детали, можно сказать, что технология ethernet и сеть Internet долгое время жили независимой жизнью. В провайдинге использовались синхронные и асинхронные каналы до 115/128к, для богатых организаций потоки E1-Е3. Технологии надежные, универсальные, но дорогие и относительно низкоскоростные.

С другой стороны, развивались локальные сети. За кратчайший период появилось множество стандартов (и не меньше устаревших было "забыто"). Коаксиальный кабель сменила более удобная и дешевая витая пара. Скорость с 2 Мб выросла сначала до 10, потом до 100, и наконец 1000. Теперь на подходе 10 Гигабит, и конца этой гонке не видно. При всем этом стоимость оборудования не только не увеличивалась, а стремительно падала до каких-то нелепо малых цен, обусловленных немыслимыми в телекоммуникациях тиражами.

Кольцо "через Интернет" в "линейной" сети.

Рисунок 6.8. Кольцо "через Интернет" в "линейной" сети.

При этом понадобится несколько более тонкая настройка программной части сети. В пользовательском компьютере может быть установлен только один "шлюз по умолчанию" (маршрутизатор, которому отправляются дейтаграммы IP, адресованные во внешние сети).

Соответственно, в случае повреждения линии в какой-либо точке желательна (но в общем случае не обязательна) автоматическая "подмена" основного канала резервным. Это сравнительно просто сделать используя фиктивные адреса пользователей, и несколько более сложно для реальных. Но в целом не представляет собой неразрешимой задачи.

Как и в "классическом" кольце, общий отказ возможен только при одновременной неисправности двух активных устройств или повреждения кабелей в двух точках. Понятно, что вероятность такого события невелика, и можно получить вполне надежную сеть при "линейной" топологии ценой оплаты "запасного" канала подключения к Интернет.

Нужно отметить, что резервные коммуникации могут быть значительно менее скоростными, чем основные. А значит, сравнительно не дорогими, вполне по карману Ethernet-провайдеру средней величины.

Еще одним вариантом "линейного кольца" можно считать "гирлянду", в которой предусмотрена "обратная петля". Т.е. одна пара волокон в кабеле проходит через все активные устройства по очереди, а вторая идет цельной, и соединяет первый и последний узел сети.

Кольцо "с обратной петлей".

Рисунок 6.9 Кольцо "с обратной петлей".

Этот вариант позволяет надежно и недорого защититься от отказов активного оборудования, но уязвим от повреждения кабеля. Тем не менее, это, пожалуй, лучший способ для небольшой сети линейной топологии, в которой построение обычного кольца слишком сложно или дорого.

Но что делать, если финансовое положение начинающей сети не позволяет использовать оптоволокно в "линейной звезде", "обратной петле", или схемы, которые используют резервирование "через Интернет"? В этом крайнем случае ситуацию может облегчить (но не исправить полностью) следующая топология:

Линейная магистраль.

Рисунок 6.6. Линейная магистраль.

В таком виде сеть представляет собой уже рассмотренную выше "гирлянду", в ее самом примитивном и ненадежном виде. Отказ любого промежуточного узла вызывает прекращение услуги абонентам, подключенным далее по линии.

Вдобавок, приходится констатировать, что это один из самых распространенных на сегодня типов небольших сетей. Такой форме способствуют особенности линейной городской застройке, экономия магистрального кабеля, стремление с минимальными затратами "дотянуться" до "перспективного" дома (или хорошего друга), и т.п.

Что же можно сделать для увеличения надежности линейной структуры?

Наиболее очевидным вариантом будет превращение "гирлянды" в "звезду". Пусть кабеля лежат рядом, или даже в одной оболочке, такой подход позволит избежать зависимости всей сети от локального сбоя электропитания или неисправностей активного оборудования. Иначе говоря, все узлы могут работать с центральным независимо друг от друга.

Магистраль в виде кольца.

Рисунок 6.4. Магистраль в виде кольца.

В свою очередь, "Звезда" несколько лучше приспособлена для предоставления обычной для локальной сети централизованной услуги. Действительно, в ЛВС почти всегда есть сервер или маршрутизатор, для доступа к которому (по большому счету) и построена сеть. Общение пользователей "напрямую" не слишком нужно, а часто и просто запрещено по соображениям безопасности.

Кроме этого, кольцевая топология является избыточной по числу связей, а значит и более дорогой. А вопрос надежности стоит не слишком остро из-за небольших размеров "обычной" ЛВС.

Магистраль в виде звезды.

Рисунок 6.5. Магистраль в виде звезды.

Какая топология более предпочтительна для домашней сети? Вопрос сложный и далеко не однозначный. Даже в корпоративных сетях до недавнего времени в качестве альтернативы единого центра (магистрали, вырожденной до внутренней шины коммутатора) предлагалось решение на безе распределенной магистрали (обычно на основе технологии FDDI).

Ethernet вытеснил FDDI, предложив STP с похожими возможностями, по сути "в нагрузку" к обычному активному оборудованию. Но выбор архитектуры магистрали от этого не стал проще - наличие недорогой альтернативы часто вызывает желание улучшить сеть. При этом нельзя не учитывать, что достоинства и недостатки есть у обоих способов.

Сравнение топологий "звезда" и "кольцо"

Особенности	Звезда	Кольцо
Возможность использования недорогого активного оборудования без поддержки STP	Да	Нет
Сохранение работоспособности всех пользователей сети в случае повреждения кабеля.	Нет	Да
Возможность организации дополнительного (резервного) канала без перестройки топологии сети.	Нет	Да
Сохранение связи между узами в случае отказа центрального оборудования.	Нет	Да
Возможность строительства магистралей по частям.	Да	Нет
Малая зависимость от особенностей места строительства.	Да	Нет

Кроме перечисленных, большое влияние на выбор топологической схемы могут оказать множество субъективных факторов. Например, исторически сложившиеся кабельные линий, местные условия прокладки, или финансовые возможности. В общем, можно сделать вывод, что "кольцо" несколько более предпочтительно по условиям надежности, но для его выбора необходимы большие первоначальные вложения и наличие самой технической возможности строительства "кольца".

Понятно, что практике очень редко можно встретить идеальные топологические решения. Реальность, в большой мере, путь компромисса. Вопрос не стоит или-или. Нужно оптимальное решение - и часто оно будет являться синтезом рассмотренных выше схем. Поэтому, будет полезно рассмотреть несколько типичных примеров подобного подхода.

Глава 6 | «« Назад | Оглавление | Вперед »»

Магистральная кабельная система.

Магистральная кабельная система

Основная задача этой части сети - обеспечение надежной связи каждого здания со шлюзом сети Интернет и (или) центральными сервисами. Основными свойствами, которые характеризуют сеть, можно назвать топологию и материал кабелей.

С последним все более или менее понятно (и будет рассмотрено подробно в следующих главах). Но кратко можно сказать, что может быть оптоволокно, или витая пара, пусть иногда весьма непохожая на привычную 5-ю категорию (например, П-296). Начнем описание "домашних сетей" с рассмотрения топологий, применяемых при их строительстве.

"Начинающая" сеть (гирлянда).

Фундаментальным признаком начинающей сети можно считать отсутствие упорядоченной структуры, и особенно, явно выраженных магистралей. Кабель, проложенный первоначально для одного отдаленного пользователя, может в любой момент стать основой для подключения еще нескольких домов (с десятками абонентов). При этом активное оборудование (и его месторасположения) остается прежним.

В общем, такая сеть напоминает постоянно и беспорядочно растущий организм. Очень велико влияние субъективных (или попросту случайных) факторов. Соответственно, невозможно предсказать, какую форму примет сеть через значительный промежуток времени.

Минимизация толщины кабельного пучка

Так или иначе, но чем тоньше кабель, тем проще его использовать на реальных объектах. При этом стандартный для офисных локальных сетей 4-х парный кабель является, пожалуй, наименее подходящим решением из-за наличия 2-х неиспользуемых пар. Поэтому, в стесненных условиях целесообразно подключать один кабель сразу к двум портам (разделяя пары через розетку или плинт).

Еще больший выигрыш дает 25-ти или 50-ти парный кабель. Экономия толщины в этом случае идет за счет одной на все пары внешней оболочки, и более плотной упаковки пар. Но возникает проблема этажной разводки - делать ее полностью, на каждом этаже, малореально (дорого и заметно снизится качество электрического тракта). Решить задачу можно следующими способами:

Выводить из под общей оболочки несколько пар на каждом этаже (2, 4, 6 или более), а остальные пускать дальше не разрезая. Но мне, к сожалению, не известен "красивый" способ сделать это. Можно аккуратно вскрыть оболочку вдоль многопарного кабеля на длину порядка 10 см, обрезать нужные пары с одной стороны, и вывести их наружу. Далее, закрыть надрез (скорее всего изолентой), и подсоединить выведенные пары к тонкому кабелю (2-х или 4-х парный), которым выполнена проводка до пользователя.

Более правильно с точки зрения стандартов будет разделать весь многопарный кабель на одном из средних этажей на специальном плинте ("Крона" или "110"), затем развести по абонентам подъезда обычной витой парой. Недостатки - больший расход кабеля, относительно дорогостоящий плинт (порядка $20), необходимость запаса сечения кабельных каналов на "обратную" прокладку.

Однако, не смотря на внешние сложности, использовать многопарный кабель при массовых прокладках очень удобно. 25-парный кабель позволяет подключить 12 абонентов (эквивалентен шести обычным 4-х парным витым парам, но значительно тоньше, и удобнее в работе).

Последнее время некоторые Ethernet-провайдеры стараются проложить по стояку слаботочной проводки подъезда 25-парный кабель сразу, "на вырост". Подключение пользователей к нему делается позже, по мере необходимости. Со стороны оборудования весь кабель заводится на 50-100 парный плинт, а далее (иногда через грозозащиту) в коммутатор.

Такой подход позволяет подключать до 12 абонентов в каждом подъезде напрямую к коммутатору. При большем количестве пользователей придется прокладывать дополнительный кабель (не обязательно многопарный).

Дополнительно остается "неправильный", но дешевый выход - подключить нескольких соседей на один хаб, и передать его последним на полное "самообслуживание". Иногда это удобно как для провайдера (его ответственность заканчивается на "входящем" порту хаба), так и абонентам - они сэкономят на подключении.

Глава 6 | «« Назад | Оглавление | Вперед »»

"Начинающая" сеть.

Рисунок 6.3. "Начинающая" сеть.

Более всего такая сеть похожа на елочную гирлянду. Активные устройства соединены последовательно на нескольких "лучах", которые, в свою очередь, могут иметь многочисленные разветвления.

Подобная сеть очень дешева, и вполне способна развиваться за счет подключения новых пользователей. До определенных пределов она достаточно надежна, и обеспечивает приемлемую скорость, поэтому почти все начинающие Ethernet-провайдеры проходили этот этап.

Но при росте сети, последовательно соединенные коммутаторы (хабы) оказываются слабым звеном. Отказы недорогого оборудования в тяжелых условиях совсем не редки по самым разным причинам - "зависание", сбои питания, повреждения в грозы, замокания, воровство, вандализм, и т.п. А неисправность любого устройства в цепочке влечет неработоспособность всей подключенной к нему линии. При этом наиболее удаленным абонентам придется мириться с большими простоями.

Вывести однозначные рекомендации сложно - условия могут сильно отличаться не только в разных городах, но и районах. Но в среднем, с точки зрения надежности, можно признать нерациональным построение цепочки более чем из 2-3 активных устройств. В целом, это совпадает с рекомендациями стандартов СКС, только надо учитывать, что в их основу положены существенно более надежные решения, и большого "запаса" по этому параметру "домашняя" сеть иметь не будет.

Поэтому традиционный вопрос начинающих сетестроителей "сколько можно соединить последовательно коммутаторов, или хабов" представляется совсем в ином свете. Если принимать во внимание только техническую (или теоретическую) работоспособность, данные можно передавать и по линии из 30-50 коммутаторов. Но строить такую сеть, мягко говоря, не рационально - практика показывает, что уже при 15-20 последовательно соединенных устройствах (причем нет разницы, какого типа применяется оборудование) сеть становится практически неработоспособной (разумеется, с точки зрения последнего абонента в "гирлянде").

Из вышесказанного можно сделать следующие выводы. На сегодня такой способ развития имеет смысл только в небольших городах с низким платежеспособным спросом, и при отсутствии конкуренции. Тут ему нет альтернативы.

Второй вариант применения "начинающей" сети удобен как временный вариант минимизации расходов в случае возможности аренды надежной и относительно недорогой опорной сети. При этом на первом этапе несколько пользователей могут быть подключены небольшой "гирляндой", а в случае увеличения их количества переведены на отдельный (арендованный или приобретенный) магистральный канал (оптоволокно, xDSL, и т.п.).

"Звезда" или "кольцо".

Традиционно считается, что локальные сети должны строиться по топологии "звезда", а кольцевая архитектура присуща серьезным телекоммуникационным системам на основе SDH/ATM (это очень эффективное средство повышения надежности в телефонии, где несколько АТС могут продолжать работать независимо от вышедшего из строя узла).

Однако, любая многосвязная архитектура более надежна, чем простое соединение. И кольцо Ethernet не исключение. С распространением недорогих коммутаторов, поддерживающих STP (протокол покрывающего дерева), использование резервных связей стало достаточно простым процессом, не требующим вмешательства администраторов сети. При использовании "кольца" в случае выхода из строя какого-либо узла (или части кабельной системы) работоспособность сети в целом сохраняется.

Основные понятия.

Большинство домашних сетей начиналось стихийно, с одного дома. При этом активное оборудование размещалось в соответствии с сиюминутными, часто весьма причудливыми, требованиями. В результате обычно получалась весьма причудливая топология, сочетающая различные типы кабелей, хабов, маршрутизаторов, коммутаторов, и т.п. Но по мере превращения Ethernet-провайдинга в бизнес, задачи менялись, и подобный подход уже не может в полной мере удовлетворить потребности рынка.

Необходим "промышленный" подход к строительству "домашних" сетей, их структурирование, определение минимальных отраслевых стандартов.

Если обратиться к стандартам структурированных кабельных систем (СКС), то них для кабельной системы определены следующие элементы:

Магистральная кабельная система группы зданий (включает в себя соединения каждого распределителя здания с распределителем группы зданий) Магистральная (вертикальная) кабельная система здания (обеспечивает соединение каждого из распределителей этажа с распределителем здания) Горизонтальная кабельная система этажа (кабель от розетки пользователя до этажного распределителя).

Для "домашних" (территориальных, кампусных) сетей горизонтальная кабельная система в ее традиционном виде не имеет смысла, так как на одном этаже редко бывает более 2-3 пользователей. По сути, можно представить, что в жилом доме роль горизонтальной разводки выполняет "подъездное" распределение.

Из-за малого количества пользователей в доме (обычно менее 20-30) нет необходимости выделять каждый подъезд в отдельную подсистему со своим активным (или пассивным) оборудованием. Более того, в ряде случаев это даже вредно из-за сложностей организации распределителей в реальных условиях.

Еще одной особенностью подобных сетей является фактическое отсутствие коммутационных (распределительных) панелей - их роль выполняет активное оборудование. В дальнейшем, по мере увеличения количества абонентов, и широкого использования многопарных кабелей, необходимость в них неизбежно возникнет. Но пока мне представляется преждевременным использовать коммутационные панели как необходимый структурный элемент.

Пример реальной домашней сети.

Рисунок 6.11. Пример реальной домашней сети.

Можно видеть два связанных кольца, в которых часть узлов является центром небольших "звезд". Таким образом, полностью вывести сеть из строя достаточно сложно. Обрыв любого кабеля на кольце не остановит работу. А оконечные разветвления позволяют охватить значительную территорию (практически весь жилой район).

По сути, это компромисс "звезды" и "кольца", адаптированный под имеющиеся дома, с учетом минимальных затрат кабеля и оборудования. И все это с сохранением достаточной потенциальной надежности.

В заключение можно порекомендовать творчески относиться к проектированию сети, порой самые эффективные решения не очевидны на первый взгляд. А небольшое усложнение/удорожание может привести к существенному росту надежности всей системы в целом.

Глава 6 | «« Назад | Оглавление | Вперед »»

Смена поколенийХаб 3com Office connect и адаптер 3com 900 в масштабе со старым модемом.

Рисунок 6.1. Смена поколений. Хаб 3com Office connect и адаптер 3com 900 в масштабе со старым модемом.

Нельзя сказать, что Ethernet как вид передачи данных был удобен для предоставления доступа к Интернет. Скорее наоборот, имел массу недостатков. Но большинство компьютеров в больших и малых фирмах уже было к этому моменту соединено локальными сетями. В результате множество пользователей связалось с Интернет именно при помощи существующих ЛВС.

До Ethernet-провайдинга оставался один шаг, и, разумеется, он был сделан. Подключение через Ethernet, как коммерческая услуга, появилось сравнительно недавно. Еще год-два назад крупные провайдеры стыдливо замалчивали такой вид подключения в своих прайсах, считая его не серьезным. Это направление не звучало в маркетинговых программах, не предлагалось менеджерами, не рекомендовалось в "умных" книгах.

Но конкуренция сделал свое дело. Молодые и энергичные провайдеры быстро нащупали эту незанятую нишу, и серьезно потеснили на рынке домашнего пользователя и малого офиса старожилов рынка. Подключая клиентов по Ethernet, они предоставляли настолько быстрый и дешевый канал, что на сравнительно низкий уровень сервиса мало кто обращал внимание.

Так возник Ethernet-провайдинг - массовое коммерческое оказание телематических услуг с использованием технологии Ethernet.

Понятно, что для фирмы, занимающейся услугами подобного рода, построение надежной, и относительно недорогой сети является едва ли не самым важным вопросом. И, как было показано в Главе 4, использовать опыт структурированных кабельных сетей нужно с серьезными оговорками.

Глава 6 | «« Назад | Оглавление | Вперед »»

Структурированная по подъездам абонентская система здания.

Рисунок 6.13. Структурированная по подъездам абонентская система здания.

Такая схема может применяться, если в подъезде имеется достаточное количество абонентов (не менее 10-15), которые оправдывают размещение отдельного коммутатора.

Наиболее правильное место размещения с точки зрения топологии сети - один из средних этажей. Однако, как правило, архитектурой отечественных зданий это не предусмотрено, и приходится искать место на техэтаже, в подвале, лифтовой, и т.п. местах. При этом может проявиться главный недостаток централизованных схем - узость шахт слаботочной проводки. К сожалению, с этим приходится считаться, и ниже будет приведено несколько способов уменьшения остроты проблемы.

Второй существенный недостаток. Хоть устройство и всего одно на подъезд, сдача "инстанциям" может оказаться слишком дорогой, особенно в старых домах, где есть сложности с удобным местом размещения и "правильным" подводом питания. Хотя нельзя не признать, что если есть потребность в установке коммутатора в каждом подъезде (много абонентов), должно хватить средств и на легализацию.

Один дом - один распределительный пункт

Предельная централизация абонентской системы здания - установка оборудования в одной точке дома, в которую сходятся кабельные линии от всех абонентов.

Протокол 10baseT позволяет на современных кабелях Категории 5 нормально работать на расстояниях до 200-т метров (а часто и более). Учитывая, что высота 10-ти этажного дома около 30 метров, длина на подъезд - примерно 25-30 метров, вполне достаточно одного активного устройства на 7-8 подъездов. В случае, если здание очень большое, целесообразно рассматривать его логически как несколько домов, соединенных магистралями (в том числе оптоволоконными).

Топология сети внутри здания.

Рисунок 6.2. Топология сети внутри здания.

Учитывая эти особенности, для "домашних" сетей можно определить следующие структурные элементы:

Абонентская система здания. Как следует из названия, она служит для подключения конечных пользователей к активному (редко пассивному) оборудованию Ethernet-провайдера внутри одного дома. Магистральная кабельная система. Служит для объединения активного оборудования абонентских систем здания в единую инфраструктуру, и их соединения с другими сетями (в том числе Интернет).

Основываясь на этих определениях, рассмотрим подробнее основные варианты построения сетей, начиная с магистралей и заканчивая абонентской системой.

Глава 6 | «« Назад | Оглавление | Вперед »»

Вариант сети в условиях максимальной экономии.

Рисунок 6.10. Вариант сети в условиях максимальной экономии.

Т.е. ни в коем случае не следует стремиться построить длинную "гирлянду" из последовательных активных устройств. Значительно более целесообразно выделить магистраль, использующую минимальное количество оборудования. Пусть иногда понадобится "возвращаться" - расход кабеля при этом не так и велик…

Зато общая надежность значительно возрастет. Например, для недорогого П-296 (П-270) вполне достижимо 400-500 метров без повторителей. Значит, на сеть радиусом в 1,5 км (а это достаточно много) понадобится всего 4-5 устройств. В то время, как при построении "гирлянды" количество повторителей составит 15-20 штук.

При этом, по всей вероятности, придется отказаться от 100baseT в пользу 10baseT. Пусть медленнее, но надежнее. Не нужно хорошо разбираться в теории вероятностей, что бы сделать вывод о времени простоя сети при разных топологиях построения. Очевидно, что "гирлянда" будет больше ремонтироваться, чем работать.

В заключение, для иллюстрации общих принципов, хотелось бы привести схему вполне реальной (не придуманной) сети. Увы, карту расположение домов пришлось убрать из соображений безопасности прокладок.

Выбор топологии в реальных условиях.

Основной бич домашних сетей - это трудности прокладки кабелей. Спроектировать и построить инфраструктуру крупного предприятия или межстанционные соединения АТС можно не считаясь с затратами, подстраивая "под проект" местные условия. В случае необходимости - выкопать новый туннель, возвести эстакаду, проложить подводный кабель, и т.п.

Ситуация недорогих сетей принципиально иная, и в этом их коренное отличие. Домашним сетям неизбежно приходится подстраиваться под застройку города. В некоторых местах прокладка невозможна, где-то нежелательна, или имеет высокую стоимость. Масса на первый взгляд незначительных помех часто превращает подобные работы в "шаманство", требуя от проектировщика глубоких знаний местных условий.

Основным вариантом, который сложно уложить в описанные в предыдущей главе схемы, является линейный.

Звезда, растянутая в линию.

Рисунок 6.7. Звезда, растянутая в линию.

Можно заметить, что в этом нет ничего нового, именно так обычно строится внутридомовая проводка телефонии или СКС. Подобно этому, для магистрали использование одного физического кабеля может с успехом применяться, особенно в сетях среднего и небольшого размера.

Но, как правило, это технически осуществимо (и рентабельно) только в случае использования оптоволокна. Большое количество волокон в одном кабеле стоит не слишком дорого (хоть и вполне ощутимо). В то же время, для медных многопарных кабелей при таком подходе нет места - 100-200 метров, вот предел их работы. А это очень мало для междомовых магистралей.

Очевидно, что для любой среды передачи кабель будет самым уязвимым звеном. Его повреждение вызовет отказ всех расположенных далее узлов без исключения. Это основной и неустранимый недостаток "линейной звезды".

В случае применения отдельного кабеля главным недостатком становится его большой расход. Кроме этого, использовать специальные решения типа П-296 сложно - пучок толстых кабелей (около 14 мм диаметром каждый) будет хорошо виден, и может легко привлечь нежелательное внимание. К тому же выглядит это весьма некрасиво даже на большой высоте.

Вдобавок, кабеля хоть и разделены, но идут по одной трассе. Поэтому вероятность их одномоментного отказа остается вполне вероятной.

Описанных выше проблем можно избежать, если применить "линейное кольцо". Действительно, совсем не обязательно замыкать магистраль при помощи своих кабелей. Это вполне можно сделать и "через интернет" (либо какую-либо иную сеть передачи данных).

Кросс (Lucent)

Рисунок 7.14. 110 Кросс (Lucent)

Кроссовые панели с врезными контактами дешевле модульных, и обеспечивают большую гибкость и плотность соединений. Однако заделка проводов в них требует специальных инструментов (или специальных коммутационных кабелей, как в кроссе 110 типа), и определенных навыков.

Кроме того, существуют некоторые ограничения на число повторных заделок проводов в контакты с целью перекоммутации электрических цепей. Как правило, один и тот же контакт можно использовать не более 250 раз. Здесь следует, однако, отметить, что необходимость в таком количестве изменений на практике возникает крайне редко.

Все типы панелей устанавливаются в телекоммуникационных помещениях (шкафах), где обеспечивается необходимое для нормальной работы пространство, электропитание, обогрев, вентиляция.

Абонентские, сетевые и коммутационные кабеля часто называют одним термином - шнур, корд, patch cord. Действительно, обычно во всех случаях используется один и тот же тип кабеля. Единственный распространенный на практике обратный случай - коммутационный кабель для кроссов 110 типа, где используется специальный разъем на одном или обоих концах.

Абонентский кабель и разъемы

Рисунок 7.14. Абонентский кабель и разъемы

Общая длина абонентских, коммутационных и сетевых кабелей, образующих канал, обычно ограничиваетcя 10 метрами из-за большого, по сравнению с обычным, затухания в гибком кабеле.

В качестве разъемов используются RJ45. Контактная пластина, запрессованная в прозрачный корпус, имеет острые выступы, которые при обжиме обеспечивают надежное соединение по способу "врезной контакт через изоляцию". Существуют разные типы контактных пластин. Для монолитного проводника лезвия охватывают проводник сверху, и с разных сторон, а для многопроволочного - одно лезвие входит посередине между проволок. Так же существуют и универсальные конструкции.

В гнезде разъем RJ45 удерживается благодаря гибкой пластмассовой защелке.

Точка перехода (Transition Point) - место, в котором выполняется соединение двух кабелей разных типов (например, круглого кабеля с плоским), или разветвление многопарного кабеля на несколько четырехпарных. В точке перехода не допускается подключение сетевого оборудования и выполнение переключений.

Кроме перечисленного, для фиксации разъемов используют розетки, панели, в организации каналов применяют короба, лотки, лестницы. Все это - конструктивные элементы, которые будут кратко рассмотрены в следующих главах.

Глава 7 | «« Назад | Оглавление | Вперед »»

Частотная зависимость электрических свойств витой пары

Рисунок 7.7. Частотная зависимость электрических свойств витой пары

На основании перечисленных электрических параметров, может быть рассчитано волновое сопротивление. Сделать это можно по формуле Z = v(R+jwL)/(G+jwC), которую для высоких частот Ethernet можно упростить до Z = vL/C. В рабочем диапазоне кабеля эта величина должна составлять 100 ± 15% Ом.

Волновое сопротивление хорошо характеризует однородность тракта передачи электромагнитной энергии. Его неоднородности неизбежно вызывают отражения части сигнала, и ухудшение качества линии. Поэтом, достаточно очевидно, что все составляющие, включая сетевые адаптеры, должны иметь одинаковое волновое сопротивление. Иначе, можно сказать, должны быть согласованы.

Как правило, неоднородности волнового сопротивления на реальных коммуникациях являются следствием некачественного монтажа (изгиб, давление, растяжение, перекручивание). Более подробно этот вопрос будет рассмотрен в разделе, посвященном рефлектоскопии.

Глава 7 | «« Назад | Оглавление | Вперед »»

Электрическая среда передачи данных.

Глава 7. Электрическая среда передачи данных.

Радиотехника - наука о контактах.

Какими бы своеобразными не казались Ethernet-решения для построения "последней мили", они имеют твердую основу в теории построения локальных сетей. В этой главе будут рассмотрены два основных способа построения кабельных систем с электрической средой - на основе коаксиального кабеля и витой пары. Нестандартные типы кабелей, которые часто используются в Ethernet-провайдинге для экономии средств и достижения большей дальности (скорости, надежности), принципиально не отличаются от вышеуказанных, и будут отдельно рассмотрены в следующих главах.

По этой теме существует поистине огромное количество материалов. Пересказывать их подробно в рамках настоящей книги не имеет смысла. Поэтому постараюсь без излишних подробностей изложить основные тезисы, которые будут подробно раскрыты в последующих главах. А наибольшее внимание будет уделено, конечно, витой паре - как основному в настоящее время способу построения Ethernet-сетей 10/100baseT.

Основной упор будет делаться на тех материалах и оборудовании, которое обычно используется в недорогих Ethernet-сетях (которые, в свою очередь, послужили прототипом сетей последней мили). Технологии, интересные с точки зрения построения больших по размерам локальных сетей, но не получившие широкого распространения в России, экзотические, либо устаревшие, будут рассмотрены отдельно.

Глава 7 | «« Назад | Оглавление | Вперед »»

Граничная частота среды передачи

Рисунок 7.9. Граничная частота среды передачи

Приведенный график очень наглядно показывает картину возможности приема сигнала заданной частоты от параметров кабеля. Особенно хорошо это видно для нестандартных кабелей, и в следующих главах к этой иллюстрации мы еще не раз вернемся.

Для иллюстрации, рассмотрим стандартный кабель длиной 100 метров в сети 100baseT. По нормам, затухание не должно превышать 24 дБ. В десятичных величинах это значит уменьшение сигнала в 251 раз. Уровень наводок на входе в приемник для комбинации худших пар ограничен величиной 27,1 дБ. Это значит, что мощность наводок в 513 раз меньше мощности сигнала передатчика смежной пары. Сигнал превышает наводки на 3,1 дБ или в 2,04 раза.

Есть еще несколько параметров, которые действующими стандартами не нормируются, но на высокоскоростную передачу данных могут влиять.

Прежде всего, это относительная скорость распространения сигналов (NVP, Nominal Vilocity of Propagation), выражающее в процентах замедление сигналов в витой паре относительно скорости света в вакууме. Параметр может оказаться важен для корректной работы высокоскоростных приложений. Так же рефлектометры его используют для определения расстояния до аномалии.

Задержка (Delay) в передаче сигнала по одному кабелю, определяется разной электрической длиной пар с разным шагом скрутки и разным материалом изоляции. Для протоколов 10/100baseT это практически не имеет значения, но уже для 1000baseT некоторые специфические виды кабелей (например, с разным материалом диэлектрика в парах) могут вызвать серьезное рассогласование сигнала.

В заключение раздела нужно сказать, что с увеличением скоростей передачи данных, все большее количество параметров приходится принимать во внимание при построении сетей. Описанных вполне достаточно для 10/100/1000baseT. Но, к сожалению, это не значит, что для следующих протоколов не придется учитывать еще какие-либо особенности электрической среды, образуемой витопарным кабелем.

Глава 7 | «« Назад | Оглавление | Вперед »»

Измерение параметров среды передачи.

Как уже говорилось выше, для определения качества линий используют величины, измерянные специальным оборудованием. По их результатам можно достаточно точно оценить пригодность сети к эксплуатации.

Если специалисты плохо представляют себе значение тестируемых параметров, или надеются на полное соответствие стандартов, объявляемых производителями материалов и оборудования, то процесс сертификации больше похож на церемонию. Более того, гарантии соответствия стандартам сами по себе бесполезны для пользователей, их интересует работа реальных протоколов, требования которых могут неожиданно разойтись с "гарантированными" параметрами линии.

Вариантов разрешение такой ситуации по сути два. Можно надеяться на высокое качество материалов и оборудования известных фирм (это совсем не дешево). Или необходимо хорошо представлять роль измеряемых величин в передаче электрических сигналов, что позволяет менее критично подходить к выбору производителя, но требует высокой квалификации специалистов.

Коаксиальные кабели

Рисунок 7.1. Коаксиальные кабели

Как правило, "толстый" коаксиал производился ярко-желтого цвета. "Тонкий" изготовляли черным, реже серым. Из-за высокой цены и сложностей в инсталляции, первый вариант в России воспринимается как экзотика, и найти работающую сеть на его основе - огромная проблема. Тем не менее, общее представление о нем желательно иметь. Возможно, не будь эта технология столь дорогой и устаревшей, она смогла бы, благодаря удобной топологии и работе на большие расстояния, найти широкое применение в домашних (кампусных) сетях.

В сетях 10base5 и 10base2 применяются только кабеля, имеющие волновое сопротивление 50 Ом. В качестве основного топологического элемента, используется сегмент. Так называется общая длина кабеля между двумя терминаторами, устанавливаемыми на обоих концах сети (один из них должен быть заземлён).

В случае, если необходима сеть большего размера, несколько сегментов (или компьютеров) можно соединить при помощи репитеров (repeater), которые восстанавливают уровень сигнала и передают его на несколько портов.

В сети не может быть более 5 сегментов, 4 репитеров, и только 3 сегмента могут иметь подключенные устройства. Остальные 2 служат только для увеличения протяженности сети. Это ограничение более известно, как правило (5/4/3), и применяется ортодоксальными стандартами для всех сетей Ethernet.

Особенности сетей, использующих "толстый" коаксиальный кабель и протокол передачи данных 10base5, показаны на следующей схеме.

Коммутационная панель

Рисунок 7.13. Коммутационная панель

2. Соединительные панели (interconnect panels) обеспечивают разъемные соединения коаксиальных кабелей (BNC) или оптических волокон. При этом, к лицевой стороне подключают разъемы соединительных кабелей, к тыльной - оснащенные разъемами линии связи. Более подробно они будут рассмотрены в главе, посвященной оптической среде передачи.

3. Кросс (distribution frames) представляет собой поле с врезными контактами, которые обычно располагаться на лицевой стороне конструктивного блока. Соединения осуществляются коммутационными кабелями, оснащенными специальными разъемами или перемычками - одиночными витыми парами без разъемов.

Конструкция витой пары

Рисунок 7.5. Конструкция витой пары

Предполагаю, что подробно пояснять конструкцию витопарного кабеля нет необходимости - все понятно из рисунка. Как правило, кабель имеет 4 пары в одной оболочке. Немного реже встречаются 2-х парные варианты, которые можно применять с ограниченным числом сетевых протоколов.

Проводники изготовлены из монолитной медной проволоки толщиной 0,5 - 0,65 мм. Кроме метрической, применяется система AWG, в которой эти величины составляют 24 или 22 соответственно. Толщина изоляции - около 0,2 мм, материал обычно поливинилхлорид (английское сокращение PVC), для более качественных образцов 5 категории - полипропилен (PP), полиэтилен (PE). Особенно высококлассные кабеля имеют изоляцию из вспененного (ячеистого) полиэтилена, которые обеспечивают низкие диэлектрические потери, или тефлона, который обеспечивающий уникальный рабочий диапазон температур.

Разрывная нить (обычно капрон) используется для облегчения разделки внешней оболочки - при вытягивании она делает на оболочке продольный разрез, которы открывает доступ к кабельному сердечнику, гарантированно не повреждая изоляцию проводников.

Внешняя оболочка имеет толщину 0,5-0,6 мм, и обычно изготавливается из привычного поливинилхлорида с добавлением мела, который повышает хрупкость. Это необходимо для точного облома по месту надреза лезвием отрезного инструмента. Кроме этого, начинают применяться так называемые "молодые полимеры", которые не поддерживают горения, и не выделяют при нагреве галогенов. Их широкому внедрению пока мешает только более высокая (на 20-30%) цена.

Самый распространенный цвет оболочки - серый. Оранжевая окраска, как правило, указывает на негорючий материал оболочки, который позволяет прокладывать линии в закрытых областях. В общем случае, цвета не обозначают особых свойств, но их применение позволяет легко отличать коммуникации c разным функциональным назначением, как при монтаже, так и обслуживании.

Отдельно нужно отметить маркировку. Кроме данных о производителе и типе кабеля, она обязательно включает в себя метровые или футовые метки

Конструкция кабельного сердечника достаточно разнообразна. В недорогих кабелях пары уложены в оболочке "как попало". Более качественные варианты предусматривают парную (по две пары между собой) или четверочную скрутку (все четыре пары вместе). Последний вариант позволяет уменьшить толщину сердечника и достигнуть лучших электрических характеристик. Но относительно высокая стоимость не позволила этим типам кабеля получить широкое распространение в России (и тем более, в недорогих домашних сетях).

Форма внешней оболочки так же может быть различна. Чаще других применяется самая простая - круглая, а для 2-х парных кабелей - овальная. Только для прокладки под половым покрытием, по очевидной причине, используется плоский кабель.

Отдельно стоят кабеля для наружной прокладки. Они обязательно имеют влагостойкую оболочку из полиэтилена, которая наносится (как правило) вторым слоем поверх обычной, поливинилхлоридной. Кроме этого, возможно заполнение пустот в кабеле водоотталкивающим гелем, и бронирование с помощью гофрированной ленты.

По наличию (или отсутствию) экрана, различают несколько типов кабелей:

UTP (unshielded twisted pair), что означает незащищенная витая пара (НЗВП), то есть кабель, витые пары которого не имеют индивидуального экранирования; FTP (Foiled Twisted Pair) - фольгированная витая пара. Имеет общий экран из фольги, однако у каждой пары нет индивидуальной защиты; STP (shielded twisted pair) - защищенная витая пара (ЗВП), каждая пара имеет экран; ScTP (Screened Twisted Pair) - экранированный кабель, который может как иметь, так и не иметь защиту отдельных пар;

Экран выполняется либо плетеным из медной проволоки (хорошая защищает от низкочастотных наводок), либо из токопроводящей фольги (пленки), которая блокирует высокочастотное электромагнитное излучение. Так же на практике часто используют двойные экраны (HIGHT Screen), в которых используются оба способа.

Эффект от применения экрана на первый взгляд достаточно прост - уменьшение внешних наводок на экранированную пару (или несколько пар), и снижение уровня их электромагнитного излучения "наружу".

Но общий экран вызывает рост NEXT (перекрестных наводок, подробно рассмотренных ниже) из-за отражения от экрана, на 10-20%. Далее, экранирование увеличивает затухание в кабеле вследствие добавочной емкости между экраном и витыми парами. Но и это не все. Монтаж экранированной системы значительно более сложен (дорог), требует хорошего подбора всех элементов. А самые незначительные ошибки способны ухудшить, а не улучшить параметры линии.

Это достаточно, что бы большинство производителей СКС отказалось от применения FTP или ScTP. Но это не снижает значение экрана в условиях очень высокого уровня внешних помех, или при большой вероятности "грозовой" наводки. Последнее существенно практически для всех внешних прокладок.

Однако, нужно подчеркнуть - в домашних сетях (с использованием любого типа кабеля) не создается экранированной кабельной системы. При заземлении экрана появляются лишь отдельные экранированные линии. Наиболее хорошей аналогией будет прокладка обычной витой пары в металлической трубе (этот способ часто применяют в условиях монтажа сетей в промышленных помещениях).

Экран, индивидуальный для каждой пары, действительно позволяет улучшить электрические показатели кабеля, но вызывает значительный рост стоимости, а так же веса и объема. Поэтому, такой вариант имеет смысл использовать в самых крайних случаях.

По вышеизложенным причинам, а именно, благодаря низкой цене, удобному и легкому монтажу, широкое распространение получила только незащищенная витая пара (UTP). Именно она является основой всех современных компьютерных сетей.

Параллельно с уже рассмотренными, используется еще два основных типа кабелей, имеющих несколько другое функциональное применение.

Для магистральных прокладок часто используют кабеля с 10, 25, 50, 100 и более, парами в одной оболочке. Тут ассортимент производителя достаточно широк, что бы удовлетворить любые требования. Есть многоэлементные кабеля, объединяющие одной оболочкой множество 2-х или 4-х парных элементов. Есть многопарные, в которых все витые пары находятся под одной оболочной, и для удобства монтажа разделены на пучки полиэтиленовыми ленточками.

Для подключения абонентского оборудования, и коммутации используются гибкие кабеля (шнуры, патч-корды). Из-за необходимости устойчивости к постоянным изгибам, проводник у них выполнен не из одной, а из семи более тонких медных проволок толщиной около 0,2 мм каждая (многопроволочная конструкция). Той же цели служит более толстая (до 0,25 мм) изоляция, и внешняя оболочка повышенной гибкости.

Из-за большего, в сравнении с обычным, затухания использовать кабель для шнуров оправдано только на небольшие расстояния, как правило, не более 5 метров с каждой стороны линии.

Методы создания канала

Вообще говоря, этот пункт общий как для электрических, так и оптических сред передачи данных. Поэтому, мне пришлось долго колебаться в выборе места для этих материалов. В результате возобладала точка зрения, что при общей идеологии, в деталях витопарные и оптоволоконные сети сильно отличаются. И их проще для создания целостной картины рассматривать раздельно.

Второй, порой "путающий" момент. Необходимо различать коммутацию пакетов (или каналов), подробно рассмотренную в первых главах, и механическую коммутацию кабельных сетей, кратко рассмотреть которую предполагается в данном разделе.

Рассмотрим общий вид кабельного канала.

Наиболее важные параметры линии

Будет полезно привести основные параметры качества витой пары 3 и 5 категории. Запоминать их не имеет смысла, тем более, они есть практически в любом описании стандарта EIA/TIA-568A. Но хотя бы самое общее представление о порядке величин желательно все же иметь.

Таб. 7.2. Максимально допустимое затухание для кабелей категории 3 и 5

Частота, МГц	Затухание, дБ, 100м, Категория 3	Затухание, дБ, 100м, Категория 5
1,0	3,7	2,5
4,0	6,6	4,8
10,0	10,7	7,5
20,0	-	10,5
100,0	-	23,2

Таб. 7.3. Минимальное значение NEXT для кабелей категории 3 и 5

Частота, МГц	Затухание, дБ, 100м, Категория 3	Затухание, дБ, 100м, Категория 5
1,0	39	54
4,0	29	45
10,0	23	39
20,0	-	37
100,0	-	27

Таб. 7.4. Задержка распространения

Тип кабеля	Задержка, мс	Частота, МГц
Категория 3	1,0	10
Категория 5	1,0	10

Из последней таблицы видно, что задежка даже по нормам мало зависит от категории кабеля.

Общее понятие о витой паре

Витая пара - это изолированные проводники, попарно свитые между собой некоторое число раз на определенном отрезке длины, что требуется для уменьшения перекрестных наводок между проводниками. Такие линии как нельзя лучше подходят для создания симметричных цепей, в которых используется балансный принцип передачи информации.

Основные понятия

Разъем можно определить как окончание кабеля для коммутируемого электрического или оптического разъемного соединения. Коннектор - часть кабельного разъема, обеспечивающая электрическое подключение проводников. Именно этот элемент конструкции должен обеспечить неразъемный контакт проводников кабеля в разъеме, и разъемный - для соединения самих кабелей.

Соединения кабелей, в свою очередь, могут быть симметричными и несимметричными. При этом, несимметричные кабельные разъемы не требуют для стыковки дополнительных элементов (классический пример - витая пара) подразделяются на гнездовые и штекерные, например RJ45 (RJ - registered jack, любой разъем, применяемый для соединений, описанных в Code of Federal Regulations, глава 74, часть 68). В отличие от них, симметричные разъемы (например, BNC) подключают друг к другу с помощью соединителей, которые часто называют I-коннекторами.

Надо специально отметить, что конструкции разъемов достаточно разнообразны, и иногда четко определить название того или иного элемента бывает затруднительно.

Наиболее распространенный способ неразъемного подключения проводников - "врезной контакт сквозь изоляцию" (КСИ в русскоязычной литературе, IDC - в англоязычной), разъемного - подпружиненные контакты.

Технология КСИ изобретение достаточно не новое, и первоначально использовалась для монтажа телефонных кроссов и слаботочных сетей. Такой способ надежнее, чем механический, и в десятки раз технологичнее пайки. Врезной контакт (из-за ограниченного доступа кислорода к месту контакта), не окисляется, не подвержен воздействиям, вызванным перепадом температур. Более того, часто в месте врезки происходит процесс диффузии - медь проводника и материал коннектора проникают друг в друга, увеличивая площадь контакта. Поэтому с годами электрические параметры таких соединений даже улучшаются.

На сегодня, врезной контакт через изоляцию практически полностью вытеснил другие способы создания неразъемных соединений.

Основные способы измерения

Известно три типа приборов, применяемых для проверки электрических параметров линий передачи данных.

Самые простые, мультиметры (электрические тестеры) позволяют измерять ток, напряжение, и активное сопротивление. Несмотря на такой скромный перечень возможностей, их вполне достаточно для определения простых ошибок, допущенных при монтаже, и дефектов кабеля. Главный их плюс - низкая цена (менее $10) и доступность. Подробнее работа с ними будет описана в следующих разделах.

Параметры, определяющие электрические свойства витой пары

Электрические свойства витой пары, как обычной направляющей системы электромагнитных колебаний характеризуются сопротивлением R, индуктивностью проводников L, емкостью C, и проводимостью изоляции G.

Перечень измеряемых параметров

Спецификации стандарта TIA TSB-67 полевого тестирования определяют функции тестирования, конфигурации и минимально необходимую точность измерений, необходимые для сертифицирования кабельной системы на соответствие определенным классам приложений.

Переходные наводки

Рисунок 7.8. Переходные наводки

Необходимо различать NEXT (Near End Crosstalk) - переходное затухание двунаправленной передачи, и FEXT (Far End Crosstalk) - переходное затухание однонаправленной передачи (английское слово Cross часто сокращают как Х). Надо отметить, что дословно NEXT означает перекрестные наводки на ближнем, а FEXT - на дальнем конце кабеля.

Таким образом, в зависимости от типа передачи (или от места измерения, по другой трактовке), можно применять следующие соотношения: NEXT (FEXT) = 20*log10 (Pс/Рн), где Рс - мощность сигнала, а Рн - мощность сигнала, наведенная на другой витой паре).

Связана такая серьезная терминологическая путаница с тем, что 10/100baseT имеет одну пару на передачу, а другую на прием. При этом понятие однонаправленных наводок не имеет практического смысла (как не имеет смысла понятие наводки на источник сигнала). Естественно, первоначальные определения давались по принципу "как проще", потом они "устоялись" в нормативах, документации, технологическом оборудовании, и изменить их стало практически невозможно.

Таким образом, чем выше NEXT и FEXT, тем меньше уровень имеет наводка в соседних парах, и тем выше качество кабеля. Это объясняет выбор в качестве базового такого неочевидного параметр, как перекрестное затухание (а не более понятной инженерам наводки). Из маркетинговых соображений, лучший кабель не должен иметь более низкие числа в малопонятных неспециалистам характеристиках.

Вполне закономерно, что наводки зависят от частоты, так как параллельно идущие проводники можно рассматривать как обкладки конденсатора. Стандарт EIA/TIA-568A нормирует минимально допустимые значения для переходного затухания двунаправленной передачи (при кабеле 100 метров длиной) по следующей формуле:

NEXT(f) = NEXT(0,772) - 15*log10(f/0,772), где NEXT(0,772) - минимально допустимое переходное затухание двунаправленной передачи на частоте 0,772 МГц (составляет 43 дБ для кабеля 3 категории, и 64 дБ для 5 категории), а f (МГц) - частота сигнала.

На основе описанных параметров несложно вывести критерии, напрямую показывающие соотношение сигнал/шум (а значит, и качество линии) в логарифмическом виде. В кабельных системах для этого используется следующая пара параметров. ACR (attenuation to crosstalk ratio), дословно переводится как "отношение затухания к наводкам", и ELFEXT (equal level far end crosstalk) - "равноуровневые наводки на дальнем конце". Эти параметры не определяются путем измерений, а рассчитываются по следующим формулам:

ACR = NEXT - A, ELFEXT = FEXT - А.

Физический смысл ACR достаточно прост - это превышение сигнала над уровнем собственных шумов при двунаправленной передачи сигналов, а ELFEXT - однонаправленной.

Так как основным видом помех в кабелях компьютерных сетей являются наводки, то использование параметра ACR позволяет однозначно определить верхнюю границу частоты электрического тракта передачи (либо любой его части). Считается, что среда передачи может обеспечить устойчивую полнодуплексную работу любого приложения с такой граничной частотой, на которой параметр ACR составляет 10 дБ.

Пример телекоммуникационного разъема

Рисунок 7.12. Пример телекоммуникационного разъема

Телекоммуникационный разъем (telecommunication outlet) может быть расположен на стене, полу или в другой точке рабочей области. Как правило, каждое рабочее место оборудуется двумя разъемами (под компьютер и телефон), смонтированными в одной розетке.

Контакты штекера скользят в момент подключения по контактам гнезда, и образуют "контактную шину" с хорошими электрическими параметрами за счет большой длины поверхности. Материалом коннекторов обычно служит берилливая бронза с напылением золота.

Для перекоммутации соединений не нужно специальных навыков, и проводить ее можно от 750 до 10000 раз (в зависимости от исполнения разъема), с помощью стандартных сетевых или коммуникационных кабелей.

Распределительные (РП), так и промежуточные панели (ПП) можно разделить на три вида:

1. Коммутационные (распределительные) панели (patch panels) предназначены для размещения сетевых окончаний симметричных электропроводных кабелей. Коммутация осуществляется с помощью модульных гнездовых разъемов на лицевой стороне, а подключение проводников кабелей к врезным коннекторам - на тыльной. Для наглядности, можно представить панель в виде большого числа телекоммуникационных разъемов, объединенных одним конструктивным элементом.

Сети на основе коаксиального кабеля.

На сегодня это далеко не самая распространенная, и не самая удобная технология. Но начать изложение с него нужно по историческим причинам. Первые сети Ethernet были построены на протоколе 10base5, использующей в качестве электрической среды передачи данных "толстый" коаксиальный кабель (ThickNet). Использовать его практически оказалось не слишком удобно, и практически сразу появился более простой и дешевый вариант 10base2, использующий "Тонкий" коаксиальный кабель (ThinNet).

Схема сети на "толстом" коаксиальном кабеле

Рисунок 7.2. Схема сети на "толстом" коаксиальном кабеле

Каждый компьютер подсоединяется к главному кабелю (магистраль, backbone) с помощью специального "кабеля снижения" (drop cable). Этот кабель, в свою очередь, присоединяется к AUI-порту сетевого адаптера. Стандарт 10Base5 поддерживает до 100 узлов на сегмент (расстояние между узлами кратно 2,5 метрам). Максимальная длина не более 500 метров; Главный кабель RG-8, RG-11. Сокращение RG означает кабель, от "Radio Grade" - волновод. Используются коннекторы N-типа. Напряжение пробоя изоляции между узлами - 5 кВ. Наружный диаметр 10 мм, центральный проводник - 2,17 мм, затухание на частоте 10 МГц в районе 70 dB/км (подробнее значение этого параметра будет дано в разделе, посвященном кабелям на основе витой пары). Кабель снижения состоит из витых пар, может иметь длину до 50 метров. Используются разъемы типа DB15 (15 контактов), более известные под названием "AUI". Внешне они похожи на известные DB9 (RS-232, 9 контактов).

Особенности сетей, использующих "тонкий" коаксиальный кабель и протокол передачи данных 10base2 показаны ниже.

Схема сети на "тонком" коаксиальном кабеле

Рисунок 7.3. Схема сети на "тонком" коаксиальном кабеле

К одному сегменту не может быть подключено более 30 устройств, длина которого должна составлять не более 185 м. Минимальное расстояние между ними составляет 0.5 метра. Таким образом, в локальной вычислительной сети может быть максимум 90 компьютеров. Кабель RG58/U (одна центральная жила), RG58A/U, RG58C/U (негорючий материал диэлектрика). Напряжение пробоя изоляции между узлами - 100 Вольт. Наружный диаметр около 5 мм, центральный проводник - 0,8 мм, затухание на частоте 10 МГц около 160 dB/км. Применяются разъемы BNC-типа. Для подключения сетевых адаптеров к кабелю используются специальные Т-коннекторы (T-Connector).

Сети на "тонком" коаксиальном кабеле сравнительно широко распространены. Эта технология до недавнего времени была достаточно удобна для небольших (до 5-10 компьютеров) сетей. Как основное достоинство по сравнению с витой парой выделялось отсутствие активного оборудования. Однако, в последнее время применяющиеся в подобных сетях хабы (коммутаторы) так сильно подешевели, что делать новую сеть на коаксиальном кабеле не имеет ни малейшего смысла.

Аргументы против коаксиального кабеля достаточно серьезны:

ограничение скорости в 10 Мбит; коаксиальный кабель примерно на 30-40% дороже, чем витая пара; низкая технологичность инсталляции, сложность в эксплуатации; рассоединение шины в любом месте полностью нарушает работоспособность сети, вызывая известный среди сетевых администраторов прошлого "бег вдоль сети с терминатором"; низкая устойчивость к статическому напряжению и грозовым наводкам;

Все эти причины привели к тому, что в корпоративных сетях (и по распространенному стандарту TIA-568A) коаксиальный кабель просто не рассматривается как возможная среда передачи данных. По возможности, его стараются не применять даже для телевизионной проводки.

Глава 7 | «« Назад | Оглавление | Вперед »»

Схема тестирования канала по

Рисунок 7.16. Схема тестирования канала по TIA TSB-67

АК - абонентский кабель, КК - коммутационный кабель, СК - сетевой кабель, ТР - телекоммуникационный разъем, РП - распределительная панель, ПП - промежуточная панель, ТП - точка перехода.

В рамках данной книги имеет смысл говорить только о двух классах:

Класс C (кабеля категории 3) - приложения высокоскоростной цифровой передачей данных. Рабочие характеристики кабельных линий определены до 16 МГц. Наиболее распространенным представителем этого класса является протокол Ethernet 10baseT.

Класс D (кабеля категории 5) - приложения очень высокой скорости передачи данных. Рабочие характеристики кабельных линий, определены до 100 МГц. Как правило, в качестве протокола используется Ethernet 100baseT.

Приложения класса Е (250 МГц) и F (600 МГц) пока недостаточно распространены даже в высокоскоростных сетях, и, тем более, не применяются при создании коммуникаций "последней мили".

Таб. 7.1. Основные электрические параметры, тестируемые в симметричных кабельных линиях

Измеряемый параметр	Выявление неполадок	Соответствие стандарту
Волновое сопротивление (impedance)	-	100 Ом +/- 15%
Задержка распространения (propagation delay)	-	Да
Электрическая длина	-	До 95 метров
Сопротивление петли постоянному току	-	До 40 Ом
Затухание (attenuation)	Да	Да
NEXT	Да	Да
Порядок соединения проводников, экранов (если они есть), наличие обрывов или коротких замыканий	Да	-

Кроме этого, при наличии неполадок может быть определено расстояние до места неисправности.

Необходимо помнить, что определить отдельно параметры кабелей и разъемов недостаточно, поскольку в результате монтажа существенно повышается уровень собственных шумов системы. Более того, именно расплетение витых пар при монтаже разъемов считаются основным источником возникновения помех.

Симметричная цепь

Рисунок 7.4. Симметричная цепь

Приемник и передатчик гальванически развязаны друг от друга согласующими трансформаторами. При этом во вторичные обмотки (сетевые адаптеры) подается только разность потенциалов первичной обмотки (непосредственно протяженной линии). Из-за этого необходимо отметить два важных момента.

Токи в любой точке идеальной витой пары равны по значению, и противоположны по направлению. Следовательно, векторы напряженности электромагнитного поля каждого из проводников противоположно направлены, и суммарное ЭМИ отсутствует. Под идеальной витой парой понимается линия, в которой проводники бесконечно плотно прилегают друг к другу, имеют бесконечно малый диаметр, и ток, протекающий через них, стремится к нулю. Метод накладывает некоторые ограничения на протокол передачи (невозможность передачи постоянной составляющей), но значительно более устойчиво к внешним влияниям (по сравнению, например, с несимметричным RS-232). Из рисунка 5.5. видно, что результирующее напряжение наводки на вторичной обмотке будет синфазным, соответственно не передастся на вторичную обмотку (сетевой адаптер).

Разновидности витопарных кабелей

Витая пара не была новым изобретением. До этого она уже многие десятки лет успешно использовалась в телефонии, и остается только удивляться, почему ее перенос на почву Ethernet прошел только сентябре 1990 года, когда был официально принят стандарт 10baseT. Вполне естественно, что это была витая пара 3 категории, с очень большим, в десятки сантиметров, шагом скрутки проводов в паре, и небольшой, до 20 МГц, полосой пропускания (т.е. были взяты прямо из телефонной проводки). Компьютерные кабеля отличало только оформление - 4 пары под одной оболочкой.

Немного позже, одновременно с появлением Fast Ethernet в 1995 году, был введен новый стандарт на кабель Категории 5 (Level 5), с шагом скрутки, меняющемся для разных пар от 12 до 32 мм (например, ряд от Lucent - 15, 13, 20, 24 мм). Делается это для уменьшения перекрестных наводок, о которых будет рассказано ниже. Такой кабель обеспечивает передачу сигналов с частотой до 100 Мбит. Далее, несколько лет назад, появилась Категория 5е (до 125 МГц), в разработке Категоря 6 (до 200 МГц) и Категория 7 (до 600 МГц).

Создание канала

Рисунок 7.11. Создание канала

На рисунке, АК - абонентский кабель, КК - коммутационный кабель, СК - сетевой кабель, ТР - телекоммуникационный разъем, РП - распределительная панель, ПП - промежуточная панель, ТП - точка перехода. Таким образом, для подключения оборудования используются абонентский кабель, телекоммуникационный разъем, две панели и два соединительных кабеля - сетевой и коммутационный (обычно они не отличаются друг), и соединение точки перехода.

Отметим, что в стандарте TIA/EIA-568A закреплены два метода создания канала: подключением (interconnection), и коммутацией (cross connection). Причем первый является частным случаем второго - в нем отсутствует промежуточная панель и коммутационный кабель.

Рассмотрим подробнее компоненты канала.

Типовые ошибки при монтаже разъемов

Рисунок 7.17. Типовые ошибки при монтаже разъемов

Реверсирование пары (Reversed Pair). На разных сторонах линии взаимно меняются номера контактов одной пары. Для 10/100baseT это не приводит к нарушению нормальной работы (за редчайшими, но возможными исключениями). Перестановка пар (Transposed Pairs). Подключение любой из пар к контактом другой пары на противоположной стороне линии. Практически всегда приводит к потере связи (исключение - активное оборудование, имеющее автоопределение перекрещенных линий). Разделение пар (Split Pair). Этот дефект в телефонии более известен как "разнопарка". К контактам разъема, предназначенным для подключения одной пары, присоединяются проводники из разных пар. Это приводит к резкому ухудшению электрических характеристик, но не всегда к полной невозможности работы линии. Поэтому, такой дефект может долгое время оставаться незамеченным, и перестать работать в самый неожиданный (или неприятный) момент.

Теоретически, при помощи различных схем и простых приборов (достаточной точности) можно измерить (или вычислить) все характеристики линии, описанные выше. Но на практике трудоемкость процесса столь велика, что для этого используются специальные полевые тестеры. Несмотря на их высокую цену, от $500 за прибор начального уровня, до нескольких тысяч (или более) долларов за промышленное устройство, они очень широко применяются при построении сетей.

Так как часто монтируют кабельные системы, и устанавливают активное оборудование разные бригады (или даже фирмы), то проверить функционирование сети при реальной работе затруднительно. Тем более, на уровне протоколов дать объективную оценку электрических параметров невозможно.

Поэтому именно результаты измерения являются основанием для принятия построенной сети заказчиком (результаты приемо-сдаточных испытании).

Тестеры всегда состоят из двух частей, базового блока и инжектора, подключаемых с разных сторон линии. За несколько секунд производится все измерения, результат которых, в зависимости от модели устройства, может быть показан, распечатан, занесен в память.

Кроме тестеров, в магистральных сетях часто используют рефлектометры, позволяющие получить представление о линии с помощью отраженного от неоднородностей сигнала. В локальных сетях они применяются очень редко из-за сложной трактовки результатов и высокой стоимости.

Вообще говоря, измерениям свойств линий можно посвятить не один параграф, а несколько больших и серьезных книг. Но если вернуться к реальности, то самый простой полевой тестер начального уровня стоит более $500. Поэтому в рамках данного материала целесообразно ограничиться описанием использования простого мультиметра. Оно будет кратко рассмотрено в следующих главах совместно с практическими вопросами прокладки кабелей.

Глава 7 | «« Назад | Оглавление | Вперед »»

Типы и использование электрических разъемов.

Согласно известной поговорке, электроника - наука о контактах. Это верно и для сетей. Место и способ соединения по праву можно назвать важнейшим элементом кабельной структуры. Как правило, уменьшить перекрестные наводки в кабелях оказывается намного проще, чем компенсировать разбалансировку, вызванную расплетением витых пар в разъемах. Так, достаточно часто в литературе встречается ссылка на распространенность ситуации, при которой параметры кабеля длиной 90 метров примерно на порядок лучше, чем у кабеля такой же длинны с двумя разъемами на концах.

Упрощенная эквивалентная электрическая схема витой пары

Рисунок 7.6. Упрощенная эквивалентная электрическая схема витой пары

Величины R и G обуславливают тепловые потери в меди и диэлектрике соответственно. L и C определяют реактивность системы, или, иначе говоря, ее частотные свойства.

Активное сопротивление R постоянному току зависит от материала проводника, его геометрических размеров, и его температуры. По распространенному стандарту EIA/TIA-568A это значение не должно превышать 19,2 Ом на короткозамкнутом шлейфе длиной в 100 метров при температуре 20° С. Эту величину можно легко измерить простым омметром.

С увеличением частоты сигнала, активное сопротивление растет. Это обусловлено прохождением тока в основном по части, обращенной к другому проводнику (эффект близости). Вытеснение тока к поверхности проводника (скин-эффект) для проводов тоньше 0,8 мм мало заметен, но какое-то минимальное влияние на уменьшение эффективного сечения то же оказывает.

Проводимость изоляции G является мерой качества материала и его нанесения на поверхность отдельного проводника. Сопротивление току утечки связанное с несовершенством диэлектрика, может достигать нескольких единиц гигаом, и на сегодня его можно не учитывать. Поэтому, в основном на проводимость изоляции влияют затраты на поляризацию диполей материала диэлектрика.

Особенно много их содержится в поливинилхлориде, часто используемом для витой пары низкой категории. В более качественных кабелях обычно используются полиэтилен или тефлон, рассеяние энергии в которых гораздо ниже. Еще ниже этот показатель для вспененных материалов, применяемых для кабелей высшего класса.

Индуктивность L можно разделить на внешнюю (определяемую геометрией и магнитными свойствами проводника), и внутреннюю (создаваемую магнитным полем протекающего тока). Внутренняя индуктивность имеет слабую тенденцию к уменьшению с ростом частоты.

Два проводника, составляющих пару, можно рассматривать как конденсатор, емкость которого, C, не зависит от частоты. Она определяется материалом изоляции, геометрическими размерами проводников, и расстоянием между ними. По стандарту, для современных кабелей, величина емкости составляет не более 5,6 нФ.

Особо нужно отметить, что применение экрана вызывает рост емкости примерно на 30%, что существенно снижает его эксплуатационные свойства такого кабеля.

Витая пара (cоотношение сигнал и шум).

Несмотря на первоочередное физическое значение основных электрических параметров, использовать их для реальной оценки качества среды передачи не целесообразно. Тем более, исторически сложилось, что для оценки качества передачи требуется знать только соотношение двух базовых параметров - сигнала и шума. Это достаточно логично, ведь для корректной интерпретации принятого сигнала не важно абсолютное значение амплитуды, она может составлять и 0,001 В, и 1000 В. Необходимо, что бы полезный сигнал был различим на фоне шума (превышал уровень помех).

Поэтому нормируются производителем и определяются при тестировании линии именно те параметры, с помощью которых можно легко сопоставить уровни сигнала и шума. При этом в качестве основной единицы измерения выбраны Децибелы (дБ).

Это условное обозначение, позволяющее сравнивать и количественно оценивать уровни сигналов, относящиеся к процессам в различных средах и измеряемым в различных единицах. Важно помнить, что децибелы определяют отношение уровней, а не абсолютную величину, и для преобразования в них применяется следующая формула: Х(дБ) = 20*log10(P1/P2), где P1 и P2 - два сравниваемых значения.

Рассмотрим наиболее важные из параметров, определяющих физические свойства линии передачи данных. Наиболее существенное влияние на них оказывает затухание (ослабление) - отношение мощности сигнала на выходе из передатчика к мощности сигнала на входе в приемник той же линии. Обуславливает постепенную потерю энергии сигнала в среде передачи, в результате которой мощность полезного сигнала уменьшается.

A = 20*log10 (Р передатчика / Р приемника)

Для оценки качества кабеля часто используется коэффициент затухания alfa, который отражает ослабление сигнала на единицу длины:

alfa(дБ/метр) = А (дБ) / L (м), где L - длина кабеля.

Нужно различать собственное (в идеальных условиях), и рабочее затухание кабеля. Наименьшим оно будет в случае равенства волнового сопротивления источника сигнала, приемника, и самого кабеля (отражение электромагнитной энергии будет отсутствовать). Иначе говоря, должна быть обеспечена согласованная нагрузка.

Так как затухание прямо пропорционально сопротивлению витой пары, то из рисунка 7.7. следует вывод, что оно растет по мере увеличения частоты сигнала, постепенно стабилизируясь на высоких частотах.

К сожалению, затухание далеко не полностью описывают картину прохождения сигнала по реальному кабелю. При передаче сигналов по неидеальной витой паре, часть энергии рассеивается в окружающем пространстве в виде электромагнитных волн (а не только в виде тепла). Причем, чем больше будет отличаться от идеальной витая пара (будет разбалансированной), тем больше будет энергия такого излучения.

Если в непосредственной близости от таких проводников будут находиться другие, то в них возникнет наведенный ток. Этот эффект получил название переходных наводок - отношение мощности наведенного сигнала к основному. А разность между ним и передаваемым сигналом, соответственно, считается переходным затуханием.

Витая пара (Twisted Pair).

Наиболее популярным материалом для построения современных компьютерных сетей является витая пара. На сегодня это недорогой и универсальный кабель для создания локальных коммуникаций практически любого уровня сложности. Постараемся объяснить, почему она получила такое широкое распространение.

Врезной контакт сквозь изоляцию

Рисунок 7.10. Врезной контакт сквозь изоляцию

Группы двойных пружинящих контактов, которые объединяет коннектор, напоминают гребенку, в которой боковые поверхности зубцов представляют из себя тонкие электропроводные лезвия. При подключении проводники по одному проталкиваются между двух соседних зубцов, ножи которых прорезают изоляцию и часть проводника, обеспечивая тем самым электрический контакт.

Для уменьшения разбалансировки, вызванной нарушением скрутки витых пар, разработчики используют конструкцию, позволяющую расплетать витую пару на минимальную длину. Кроме этого, в некоторых типах разъемов гнездового типа для компенсации применяют печатные платы, которые устраняют разбалансировку всего соединения в целом (включая соответствующие штекерные разъемы).

Физические параметры оптических волокон.

Принцип работы оптоволоконной линии не сложен. Источником распространяемого по оптическим кабелям света является светодиод (или полупроводниковый лазер), а кодирование информации осуществляется двухуровневым изменением интенсивности света (0-1). На другом конце кабеля принимающий детектор преобразует световые сигналы в электрические.

Для передачи информации мало создать световую волну, надо ее сохранить и направить в нужном направлении. В однородной среде свет (электромагнитная волна) распространяется прямолинейно, но на границе изменения плотности среды по оптическим законам происходит изменение направления (отражение), или преломление.

В используемых в настоящее время схемах луч от светодиода или лазера впускают в более плотную среду, ограниченную менее плотной. При правильном подборе материалов, происходит эффект полного отражения (преломление отсутствует). Таким образом, транспортируемый сигнал "идет" внутри замкнутой среды, проделывая путь от источника сигнала до его приемника.

Остальные элементы кабеля - лишь способ предохранить хрупкое волокно от повреждений внешней средой различной агрессивности.

Оптическая среда передачи данных.

Глава 8. Оптическая среда передачи данных.

Кто мудр, испытывать не станет, ни женщин, друг мой, ни стекла.

Передача данных при помощи оптической связи использовалась задолго до изобретения электричества. Атмосферные способы то исчезали из практики, то вновь появлялись на новом этапе технического развития. Последний "взлет" закончился в 70-х годах прошлого века, когда лазеры были признаны дорогими и не надежными игрушками. Большее применение получили способы передачи в радиодиапазоне.

На сегодня, лазерные атмосферные линии является скорее экзотикой, чем практикой, хотя даже в России устройств этого типа выпускаются более-менее серийно.

Зато побочная ветвь оптической связи - передача информации через волновод из кварцевого стекла (SiO2) - переживает бурный рост, и применяется чем дальше, тем шире. Так, оптоволоконные кабеля уже полностью вытеснили медные (электрические) на магистральных каналах, и стремительно подбирается к конечному пользователю.

Физический принцип, лежащий в основе передачи сигналов по оптическому волокну прост и далеко не нов. Еще в 1870 г. в Лондонском Королевском обществе Дж. Тиндаль продемонстрировал непрямолинейное распространение света внутри струи жидкости, основанное на отражении света от границы сред (воздуха и воды).

Практическое применение этого эффекта стало возможно после двух принципиальных технологических "прорывов". В 1967 г. Жорес Алферов создал первые полупроводниковые гетеролазеры, работоспособные при комнатной температуре. Чуть позже, в 1970 г., на фирме "Корнинг" была получена первая миля сверхчистого кварцевого волокна, пригодного для оптической связи.

На основе этих технологий, в 1975 году было внедрено первое поколение передатчиков сигналов. Основу составлял светоизлучающий диод, работающий на длине волны 0.85 мкм в многомодовом режиме. Не прошло и трех лет, как появились одномодовые диодные лазеры на 1.3 мкм. А в 1982 году пошло в серию третье поколение, работающее на длине волны 1.55 мкм.

1988 год ознаменован вводом в действие первой трансатлантической ВОЛС ТАТ-8. В настоящее время близка к покорению другая часть рынка. Настольные системы, соединенные в локальную сеть при помощи оптоволокна, вполне реальны и лишь слегка экзотичны.

Основными достоинствами оптоволокна является практически не ограниченная пропускная способность, индифферентность к электрическим (например, атмосферным) наводкам, и высокая долговечность. К недостаткам можно отнести относительно дорогой кабель и активное оборудование, и высокую сложность монтажа.

На сегодня, применение оптоволокна в небольших локальных сетях не оправдано ни экономически, ни технически. Но для сетей "последней мили" оптическая среда передачи данных является практически единственным способом строить большие и надежные сети "воздушным" способом.

Глава 8 | «« Назад | Оглавление | Вперед »»

Конструкция муфты.

Рисунок 8.9. Конструкция муфты.

Конструкция муфт достаточно проста. Это герметически закрытый корпус, в котором размешен организатор световодов (сплайс-кассета), и предусмотрено крепление кабелей. В общем случае, муфта не предназначена для коммутации или обслуживания. Но многие конструкции позволяют выполнять частичную модификацию соединения без полной замены конструкции.

Согласно технических требований, муфты должны обеспечивать размещение в них запаса длин оптических волокон с диаметром укладки не менее 750 мм, быть стойкими к воздействию растягивающих усилий 50...80% от нормируемого растягивающего усилия кабеля, для монтажа которого они предназначены.

Можно попытаться классифицировать оптические муфты следующим образом:

по материалу корпуса: нержавеющая сталь, полиэтилен или различные конструкционные пластмассы (например полипропилен); по способу герметизации корпуса и вводов оптического кабеля: при помощи термо-усаживающегося материала, либо механически при помощи стяжек, винтов и различных герметизирующих прокладок; по месту применения: в грунте, в кабельной канализации, на воздухе, на опорах; по способу ввода кабелей можно различать прямые, разветвительные и тупиковые муфты; по емкости (количеству соединяемых волокон), и возможности ее модульного наращивания (увеличения количества сплайс-кассет).

В общем, можно сказать, что грань между оптическими шкафами и муфтами весьма условна. Есть достаточно примеров конструкций, которые могут быть с равным правом отнесены к любому из этих двух типов. Так, достаточно распространены муфты под размещение разъемных соединений. С другой стороны, часто используются шкафы для размещения сросток - например при переходе с одного типа кабеля на другой.

Но для потребителя это разнообразие очень удобно. Выбор конструкций большой, и всегда можно найти именно то, что наилучшим образом отвечает техническим потребностям.

Глава 8 | «« Назад | Оглавление | Вперед »»

Конструкция настенного оптического шкафа

Рисунок 8.8. Конструкция настенного оптического шкафа

Шкаф представляют собой устанавливаемый на стене или на любой стойке универсальный металлический корпус, в котором имеется разъёмно-коммутационная панель, на которую монтируются оптические соединители. С одной стороны к ним подключаются разъемы одного (или нескольких) разделанных в шкафу кабелей, с другой - присоединяемых. Роль последних очень часто выполняют гибкие коммутационные шнуры, с помощью которых выполняются коммутации или подключается активное оборудование.

Обычно коммутационная панель, дополнительно к прямому назначению, разделяет внутренне пространство шкафа на секцию для размещения сращиваемых световодов, и секцию коммутационных соединений. В недорогих конструкциях роль кроссовой панели может выполнять внешняя стенка корпуса.

Свободные волокна (технологический запас) закрепляется на специальном организаторе световодов (сплайс-пластине), которая обеспечивает их фиксацию с соблюдением минимально допустимого радиуса изгиба. Там же при необходимости предусматривается крепление сросток (защитных гильз, или сплайсов).

Иногда как отдельный элемент выделяется кабельный фиксатор, при помощи которого кабель прикрепляется к корпусу шкафа.

Нужно отметить, что для установки в 19-ти дюймовую стойку существуют элементы, практически полностью совпадающие с оптическими шкафами как по назначению, так и по конструкции. Но называются они коммутационные полки. На особенностях их конструкции останавливаться подробно нет смысла, так как они предназначены для использования в структурах с большой плотностью оптических портов, к которым сети "последней мили" не относятся.

Для создания неразьемных соединений используются оптические муфты. Они предназначены для восстановления оболочек кабеля, и обеспечения прямого сращивания и разветвления кабелей. Применяются они в самых разных условиях, и поэтому их конструкция отличается большим разнообразием.

Конструкция оптического волокна

Рисунок 8.1. Конструкция оптического волокна

Сложность конструкции скорее кажущаяся, чем реальная. Основные элементы показаны на рисунке. Внешний диаметр отражающей оболочки унифицирован для всех типов кабелей и составляет 125±2 мкм. В этот размер входит и 2-3 мкм. слой лака, который служит защитой от влаги и связанной с ней коррозии.

Первичную механическую прочность и гибкость рассматриваемой конструкции придает защитное покрытие из эпоксиакриолата, часто называемое буфером. Как правило, для удобства монтажа его окрашивают в разные цвета. Толщина покрытия составляет 250±15 мкм. Кроме этого, для лучшей защиты волокна и более удобного монтажа разъемов часто применяются конструкции с вторичным буфером диаметром 900 мкм, который без зазора уложен на первичный.

Рассмотрим подробнее оптические параметры волокна. Все распространенные типы волокон характеризуются двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией.

Затухание характеризует потерю мощности передаваемого сигнала на заданном расстоянии, и измеряется в дБ/км, где Децибел - логарифмическое выражение отношения мощности, выходящей из источника Р1, к мощности, входящей в приемник Р2, дВ = 10*log(P1/P2). Потери в 3 дБ означают, что половина мощности потеряна. Потеря 10 дБ означает, что только 1/10 мощности источника доходит до приемника, потери 90%. Волоконно-оптические линии как правило способны нормально функционировать при потерях в 30 дБ (прием всего 1/1000 мощности).

Есть два принципиально различных физических механизма, вызывающих данный эффект.

Потери на поглощение. Связаны с преобразованием одного вида энергии в другой. Электромагнитная волна определенной длины вызывает в некоторых химических элементах изменение орбит электронов, что, в свою очередь, ведет к нагреву волокна. Естественно, что процесс поглощение волны тем меньше, чем меньше ее длина, и чем чище материал волокна. Потери на рассеяние. Причина снижения мощности сигнала в этом случае - означает выход части светового потока из волновода. Обусловлено это обычно неоднородностями показателя преломления материалов. Известно, что с уменьшением длины волны потери рассеивания возрастают.

Конструкционные элементы (шкафы и муфты)

Как правило, оптоволоконные кабеля разделываются с большим запасом по длине свободных волокон. Первоначально это было обусловлено сложностью соединения. Процесс скола, сварки мог повторяться далеко не один раз, и каждая попытка требовала несколько десятков сантиметров волокна. С тех пор технология усовершенствовалась явно недостаточно, что бы можно было обойтись без этого.

Кроме этого, кабель необходимо жестко зафиксировать, волокна уложить по достаточно большому радиусу, надежно закрепить необходимые элементы (сплайсы, гильзы, соединители). К созданному соединению нужно обеспечить доступ, предусмотреть возможность переключений или модификации.

Попробуем дать определения основным конструкционным элементам, при помощи которых реализуются эти задачи.

Шкафы оптические (распределительные) предназначены для организации разъемного соединения нескольких оптических кабелей, и выполнения переключений в процессе эксплуатации сети. Как правило, они применяются при переходе с линейных (внешних) оптоволоконных кабелей на линии, прокладываемые внутри зданий, или для подключения активного оборудования.

Одномодовые и многомодовые оптические волокна

Несмотря на огромное разнообразие оптоволоконных кабелей, волокна в них практически одинаковые. Более того, производителей самих волокон намного меньше (наиболее известны Corning, Lucent и Fujikura), чем производителей кабелей.

По типу конструкции, вернее по размеру серцевины, оптические волокна делятся на одномодовые (ОМ) и многомодовые (ММ). Строго говоря, употреблять эти понятия следует относительно конкретной используемой длины волны, но после рассмотрения Рисунка 8.2, становится понятно, что на сегодняшнем этапе развития технологий можно это не учитывать.

Рисунок 8.3. Одномодовые и многомодовые оптические волокна

В случае многомодового волокна диаметр сердечника (обычно 50 или 62,5 мкм) почти на два порядка больше, чем длина световой волны. Это означает, что свет может распространяться в волокне по нескольким независимым путям (модам). При этом очевидно, что разные моды имеют разную длину, и сигнал на приемнике будет заметно "размазан" по времени.

Из-за этого хрестоматийный тип ступенчатых волокон (вариант 1), с постоянным коэффициентом преломления (постоянной плотностью) по всему сечению сердечника, уже давно не используется из-за большой модовой дисперсии.

На смену ему пришло градиентное волокно (вариант 2), которое имеет неравномерную плотность материала сердечника. На рисунке хорошо видно, что длины пути лучей сильно сокращены за счет сглаживания. Хотя лучи, проходящие дальше от оси световода, преодолевают большие расстояния, они при этом имеют большую скорость распространения. Происходит это из-за того, что плотность материала от центра к внешнему радиусу уменьшается по параболическому закону. А световая волна распространяется тем быстрее, чем меньше плотность среды.

В результате более длинные траектории компенсируются большей скоростью. При удачном подборе параметров, можно свести к минимуму разницу во времени распространения. Соответственно, межмодовая дисперсия градиентного волокна будет намного меньше, чем у волокна с постоянной плотностью сердечника.

Однако, как бы не были сбалансированы градиентные многомодовые волокна, полностью устранить эту проблему можно только при использовании волокон, имеющих достаточно малый диаметр сердечника. В которых, при соответствующей длине волны, будет распространяться один единственный луч.

Реально распространено волокно с диаметром сердечника 8 микрон, что достаточно близко к обычно используемой длине волны 1,3 мкм. Межчастотная дисперсия при неидеальном источнике излучения остается, но ее влияние на передачу сигнала в сотни раз меньше, чем межмодовой или материальной. Соответственно, и пропускная способность одномодового кабеля намного больше, чем многомодового.

Как это часто бывает, у более производительного типа волокна есть свои недостатки. В первую очередь, конечно, это более высокая стоимость, обусловленная стоимостью комплектующих, и требованиями к качеству монтажа.

Таб. 8.1. Сравнение одномодовых и многомодовых технологий.

Параметры	Одномодовые	Многомодовые
Используемые длины волн	1,3 и 1,5 мкм	0,85 мкм, реже 1,3 мкм
Затухание, дБ/км.	0,4 - 0,5	1,0 - 3,0
Тип передатчика	лазер, реже светодиод	светодиод
Толщина сердечника.	8 мкм	50 или 62,5 мкм
Стоимость волокон и кабелей.	Около 70% от многомодового	-
Средняя стоимость конвертера в витую пару Fast Ethernet.	$300	$100
Дальность передачи Fast Ethernet.	около 20 км	до 2 км
Дальность передачи специально разработанных устройств Fast Ethernet.	более 100 км.	до 5 км
Возможная скорость передачи.	10 Гб, и более.	до 1 Гб. на ограниченной длине
Область применения.	телекоммуникации	локальные сети

Глава 8 | «« Назад | Оглавление | Вперед »»

Окна прозрачности оптических волокон

Рисунок 8.2. Окна прозрачности оптических волокон

В теории, лучших показателей общего затухания можно достичь на пересечении кривых поглощения и рассеивания. Реальность несколько сложнее, и связана с химическим составом среды. В кварцевых волокнах (SiO2) кремний и кислород проявляют активность на определенной длине волны, и существенно ухудшают прозрачность материала в двух окрестностях.

В итоге образуются три окна прозрачности, в рамках которых затухание имеет наименьшее значение. Самые распространенные значения длины волны:

0.85 мкм;
1.3 мкм;
1.55 мкм.

Понятно, что именно под такие диапазоны разработаны специальные гетеролазеры, на которых основываются современные ВОЛС (волоконно-оптические системы связи).

Надо специально заметить, что влияние частоты сигнала на реальные технологии сегодняшнего дня очень большое. Для примера, инфракрасный луч проходит в волокне с небольшим затуханием 10 км, красный свет (длина волны 0,65 мкм) пройдет лишь 0,5 км, а синий (0,43 мкм) и вообще меньше 50 м.

Оптический бюджетКаждый компонент

Оптический бюджет.

Каждый компонент оптоволоконной линии имеет свою величину оптических потерь. Допустимые потери оптического сигнала на всём пути от передатчика до приёмника часто называют оптическим бюджетом. Рассчитывается он на основании информации, предоставленной производителем оборудования.

Упрощенно можно представить себе расчет оптического бюджета в виде следующей схемы:

Принцип действия оптоволоконного разъема контактного типа

Рисунок 8.6. Принцип действия оптоволоконного разъема контактного типа

Основная масса разъемов выпускается по симметричной схеме, когда для соединения разъемов используется специальный элемент - coupler (соединитель). Получается, что сначала волокно закрепляется и центрируется в наконечнике разъема, а затем уже сами наконечники центрируются в соединителе.

Таким образом, можно видеть, что на сигнал влияют следующие факторы:

Внутренние потери - вызванные допусками на геометрические размеры световодов. Это эксцентриситет и эллиптичность сердцевины, разность диаметров (особенно при соединении волокон разного типа); Внешние потери, которые зависят от качества изготовления разъемов. Возникают из-за радиального, углового смещения наконечников, непараллельности торцевых поверхностей волокон, воздушного промежутка между ними (френелевские потери); Обратное отражение. Возникает из-за наличия воздушного промежутка (френелевское отражение светового потока в обратном направлении на границе стекло-воздух-стекло). Согласно стандарта TIA/EIA-568А, нормируется коэффициент обратного отражения (отношение мощности отраженного светового потока к мощности падающего). Он должен быть не хуже -26 дБ для одномодовых разъемов, и не хуже -20 дБ для многомодовых; Загрязнение, которое, в свою очередь, может вызвать как внешние потери, так и обратное отражение.

Несмотря на отсутствие официально признанного всеми производителями типа разъема, фактически распространены ST и SC, весьма похожие по своим параметрам (затухание 0,2-0,3 дБ).

Принцип сварки оптического волокна.

Рисунок 8.5. Принцип сварки оптического волокна.

Такое соединение надежно, долговечно, и вносит ничтожно малое затухание в оптический тракт. Но для сварки нужно весьма дорогостоящее оборудование (в районе нескольких десятков тысяч долларов), и сравнительно высокая квалификация оператора.

Обусловлено это необходимостью высокоточного совмещения концов волокон перед сваркой, и соблюдения стабильных параметров электрической дуги. Кроме этого, нужно обеспечить ровные (и перпендикулярные оси волокна) торцы (сколы) свариваемых волокон, что само по себе является достаточно сложной задачей.

Соответственно, выполнение таких работ "от случая к случаю" своими силами не рационально, и проще пользоваться услугами специалистов.

Так же подобный способ часто используется для оконечивания кабелей путем сварки волокон кабеля с небольшими отрезками гибких кабелей с уже установленными разъемами (pig tаil, буквально - поросячий хвост). Но с распространением клеевых соединений, сварка постепенно сдает позиции при терминировании линий.

Второй способ создания неразъемных соединений - механический, или с использованием специальных соединителей (сплайсов). Первоначальное назначение этой технологии - быстрое временное соединение, используемое для восстановления работоспособности линии в случае разрыва. Со временем, на "ремонтные" сплайсы некоторые фирмы начали давать гарантию до 10 лет, и до нескольких десятков циклов соединения-разъединения. Поэтому целесообразно выделить их в отдельный способ создания неразъемных соединений.

Принцип действия сплайса достаточно прост. Волокна закрепляются в механическом кондукторе, и специальными винтами сближаются друг c другом. Для хорошего оптического контакта в месте стыка используется специальный гель с похожими на кварцевое стекло оптическими свойствами.

Несмотря на внешнюю простоту и привлекательность, способ не получил широкого распространения. Причин этому две. Во-первых, он все-таки заметно уступает по надежности и долговечности сварке, и для магистральных телекоммуникационных каналов не пригоден. Во-вторых, он обходится дороже, чем монтаж клеевых разъемов, и требует более дорогого технологического оборудования. Поэтому, он достаточно редко применяется и при монтаже локальных сетей.

Единственное, в чем эта технология не знает себе равных - это скорость выполнения работ, и не требовательность к внешним условиям. Но этого на сегодня явно не достаточно для полного завоевания рынка.

Рассмотрим разъемные соединения. Если предел дальности действия высокоскоростных электропроводных линий на основе витой пары зависит от разъемов, то в оптоволоконных системах вносимые ими дополнительные потери достаточно малы. Затухание в них оставляет около 0,2-0,3 дБ (или несколько процентов).

Поэтому вполне возможно создавать сети сложной топологии без использования активного оборудования, коммутируя волокна на обычных разъемах. Особенно заметны преимущества такого подхода на небольших по протяженности, но разветвленных сетях "последней мили". Очень удобно отводить по одной паре волокон на каждый дом от общей магистрали, соединяя остальные волокна в коммутационной коробке "на проход".

Что основное в разъемном соединении? Конечно, сам разъем. Основные его функции заключаются в фиксация волокна в центрирующей системе (соединителе), и защите волокна от механических и климатических воздействий.

Основные требования к разъемам следующие:

внесение минимального затухания и обратного отражения сигнала; минимальные габариты и масса при высокой прочности; долговременная работа без ухудшения параметров; простота установки на кабель (волокно); простота подключения и отключения.

На сегодня известно несколько десятков типов разъемов, и нет того единого, на который было бы стратегически сориентировано развитие отрасли в целом. Но основная идея все вариантов конструкций проста и достаточно очевидна. Необходимо точно совместить оси волокон, и плотно прижать их торцы друг к другу (создать контакт).

Разновидности оптоволоконных кабелей

Классифицировать ВОК очень сложно в силу большого разнообразия. Количество типов и материалов сердечника, изоляции, упрочняющих слоев может легко дезориентировать даже специалиста. Поэтому, после классификации "обзорного типа", подробно остановимся только на разновидностях, обычно применяемых для недорогих наружных магистралей.

По назначению, волоконно-оптические кабеля (ВОК) можно разделить на:

Монтажные (соединительные). Используются для механической коммутации и подключения аппаратуры; Объектовые. Используются для высокоскоростных соединений внутри строений. Как правило, в них используются покрытие, слабо распространяющее горение, выделяющих малое количество дыма, и не содержащее галогенов (LSF/OH - low smoke and fume zero halogen); Городские, Зоновые. Соединяют здания, районы, города области. Обычно сети, построенные с их использованием, имеют протяженность от 1-2 до 100 км. Магистральные. Предназначены для передачи информационных потоков на большие расстояния. Для этого используются кабеля с очень качественными оптическими волокнами.

По месту прокладки:

По подземным коммуникациям телефонных и других служб; Предназначенные для прокладки в грунте. Усиленная броня, защита от грызунов. Подвесные (на столбах освещения, трубостойках, контактных опорах железных дорог, опорах ЛЭП, и т.п.). Длина пролета может доходить до 450м. Подводные.

Рассмотрим подробнее конструкцию кабелей. Ее выбор для построения сети "последней мили" достаточно ограничен. Это должны быть недорогие кабеля с небольшим количеством волокон (обычно не более 8), хорошо приспособленные для работы на открытом воздухе.

Из всего многообразия, хорошо отвечают этим условиям только модульные конструкции (multitube cable, многотрубочный кабель).

STОт английского straight tip

ST. От английского straight tip connector (прямой разъем) или, неофициально Stick-and-Twist (вставь и поверни). Был разработан в 1985 году AT&T, ныне Lucent Technologies. Конструкция основана на керамическом наконечнике (феруле) диаметром 2,5 мм с выпуклой торцевой поверхностью. Фиксация вилки на гнезде выполняется подпружиненным байонетным элементом (подобно разъемам BNC, использующимся для коаксиального кабеля).

Разъемы ST - самый дешевый и распространенный в России тип. Он немного лучше, чем SC, приспособлен к тяжелым условиям эксплуатации благодаря простой и прочной металлической конструкции (допускает больше возможностей для применения грубой физической силы).

Как основные недостатки, можно назвать сложность маркировки, трудоемкость подключения, и невозможность создания дуплексной вилки.

SC. От английского subscriber connector (абонентский разъем), а иногда используется неофициальная расшифровка Stick-and-Click (вставь и защелкни). Был разработан японской компанией NTT, с использованием такого же, как в ST, керамического наконечника диаметром 2,5 мм. Но основная идея заключается в легком пластмассовом корпусе, хорошо защищающим наконечник, и обеспечивающим плавное подключение и отключение одним линейным движением.

Такая конструкция позволяет достичь большой плотности монтажа, и легко адаптируется к удобным сдвоенным разъемам. Поэтому разъемы SC рекомендованы для создания новых систем, и постепенно вытесняют ST.

Дополнительно нужно отметить еще два типа, один из которых используется в смежной отрасли, а другой постепенно набирает популярность.

FC. Очень похож на ST, но с резьбовой фиксацией. Активно используется телефонистами всех стран, но в локальных сетях практически не встречается.

LC. Новый "миниатюрный" разъем, конструктивно идентичный SC. Пока достаточно дорог, и для "дешевых" сетей его применение бессмысленно. Как главный аргумент "за" создатели приводят большую плотность монтажа. Это достаточно серьезный довод, и в отдаленном (по телекоммуникационным меркам) будущем вполне возможно, что он станет основным типом.

Глава 8 | «« Назад | Оглавление | Вперед »»

Типовая конструкция кабельного

Рисунок 8.4. Типовая конструкция кабельного сердечника модульного типа.
1 - оптическое волокно в буфере (ОВ) или служебная жила (СЖ) из мягкой медной проволоки; 2 - гидрофобный заполнитель (ГЗ); 3 - оболочка оптического модуля (ОМ); 4- гидрофобное заполнение; 5 - скрепляющий элемент, обычно обмотка полиэтилентерефталатной пленкой; 6 - центральный силовой элемент (ЦСЭ); 7- промежуточная оболочка кабеля; 8 - силовой элемент; 9 - защитная оболочка из ПЭ.

Модули (трубки из полибутилентерефталата или полиэтилена (ПЭ) диаметром около 2 мм) имеют традиционную повивную скрутку вокруг центрального элемента (стеклопластиковый пруток, металлический трос или даже проволока). Иногда в конструкцию вводят сплошные кордели заполнения (КЗ) из ПЭ или модули без оптического волокна.

Оптические волокна свободно уложены в трубки модуля (от 1 до 12 волокон) с легким повивом вдоль внешней стенки. Кроме этого в модули могут быть заложены капроновые волокна для амортизации и специальный гель для защиты от влаги. Эти меры позволяют очень надежно предохранить хрупкое волокно от нагрузок при упругом растяжении и изгибе.

Если учитывать промежуточную оболочку, силовой элемент (высокопрочные нити, броню из проволок или стальной ленты), и защитную оболочка из полиэтилена толщиной до нескольких миллиметров, такая конструкция ВОК представляется очень надежной, и при правильном выборе способной выдержать любые условия эксплуатации.

Вот типовые характеристики современных кабелей для внешней прокладки:

Внешний диаметр - 10-20 мм; температурный диапазон монтажа - от -10°С до +50°С; температурный диапазон эксплуатации - от -40°С до +60°С; минимальный радиус изгиба при прокладке - 15 внешних диаметров; минимальный радиус изгиба при эксплуатации - 20 внешних диаметров; максимально допустимое усилие на растяжение - 2500-10000 Н; максимально допустимое усилие на сдавливание - 2000-4000 Н;

Виды кабелей, в которых модуль не заполнен гелем, предназначены для проводки внутри здания, и использовать их для внешних прокладок крайне не желательно. Влага медленно, но верно будет снижать прозрачность оптоволокна.

Примерно то же самое относится к вариантам кабелей, предназначенных для прокладки внутри помещений, у которых волокно находится внутри монолита из пластиката (буфера 900-мкм). Этот кабель удобен в работе, недорог, но недостаточно устойчив к низким температурам и влаге. Нужно специально отметить, что в последнее время появились конструкции, избавленные от этих недостатков. Но, как правило, они имеют стоимость, превышающую средний уровень.

Маркировки ВОК по своему разнообразию не уступают вариантам конструкций. Для примера, приведем маркировку отечественных подвесных кабелей для внешней прокладки.

ОКА-МNП-XX-YY-Z(F), где ОК - оптический кабель, A - силовой элемент из арамидных нитей, M - модульная конструкция, N - количество элементов в повиве, П - тип центрального силового элемента - стеклопластиковый пруток, XX - тип оптического волокна, YY - предельное значение затухания, дБ/км, Z - количество оптических волокон, F - допустимое растягивающее усилие.

Отдельно нужно отметить очень удобные для воздушных коммуникаций самонесущие ВОК с сечением в виде восьмерки. Стальной или диэлектрический несущий трос таких кабелей заключен в полиэтиленовую оболочку и крепится к основной конструкции перепонкой и того же полиэтилена. Такие кабеля легко крепить даже с помощью подручных материалов.

Глава 8 | «« Назад | Оглавление | Вперед »»

Виды и типы разъемов

При всех достоинствах оптических волокон, для монтажа сетей их необходимо соединять. Именно сложность этого процесса для световодов из кварцевого стекла является основным сдерживающим фактором оптоволоконной технологии.

Несмотря на весь прогресс технологии последних лет, непрофессионалам доступно только соединение кабелей, не имеющих особых требований по качеству. Серьезные работы по монтажу магистралей регионального значения требуют наличия дорогостоящего оборудования и высоко квалифицированного персонала.

Но для создания междомовой разводки "последней мили" такие сложности уже не нужны. Работы доступны специалистам без серьезной подготовки (или вообще без нее), комплект технологического оборудования стоит менее $300. В сочетании с этим, огромные (не побоюсь этого слова) преимущества оптоволокна над медными кабелями при воздушных прокладках делают его очень привлекательным материалом для домашних сетей.

Рассмотрим подробнее виды и способы соединения оптических волокон. Для начала, нужно принципиально разделить сростки (неразъемные соединения), и оптические разъемы.

В сравнительно небольших сетях (до нескольких километров диаметром) сростки не желательны, и их следует избегать. Основной на сегодня способ их создания - сварка электрическим разрядом.