Структурированная кабельная система для ЦОДа

 

 

 

 

 

 

 

 

ВКР бакалавра

тема: «Структурированная кабельная система для ЦОДа»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление.

 

Введение. 6

1. Стандартизация СКС. 7

1.1 Американские стандарты. 7

1.2 Международные и европейские стандарты. 10

1.3 Национальные нормативные документы. 11

2. Построение и технические аспекты СКС. 12

2.1 Особенности СКС. 12

2.2 Топология СКС. 14

2.3 Технические помещения. 15

2.4 Подсистемы СКС. 17

2.5 Коммутация в СКС. 19

2.6 Принципы администрирования СКС. 20

2.7 Дополнительные варианты топологического построения СКС. 21

2.7.1 Варианты построения горизонтальной подсистемы СКС. 21

2.7.2 Топологии с централизованным администрированием. 23

2.8 Кабели СКС. 25

2.8.1 Классы приложений и категории кабелей. 27

2.8.1.1 Категория 5е / класс D. 30

2.8.1.2 Категория 6 / класс Е. 31

2.8.1.3 Категория 6а / класс ЕА. 33

2.8.1.4 Категория 7 / класс F. 33

2.8.1.5 Категория 7а / класс FА. 34

2.8.2 Ограничения на длины кабелей и шнуров СКС. 36

3. Структура центров обработки данных. 37

3.1 Общие положения. 37

3.2 Аппаратное обеспечение ЦОДа. 40

3.2.1 Системы хранения данных RAID. 41

3.2.2 Коммутаторы, концентраторы и мосты. 42

3.2.2.1 Концентраторы Fibre Channel. 43

3.2.2.2 Коммутаторы Fibre Channel. 44

3.2.2.3 Мосты Fibre Channel – SCSI. 46

3.3 Системы резервного копирования. 46

3.3.1 Аппаратное обеспечение систем резервного копирования. 49

3.4 Программное обеспечение ЦОДа. 50

3.4.1 Программное обеспечение управления ЦОДом. 50

3.5 Кластеризация серверов. 53

3.6 Дублирование данных. 55

3.7 Управление томами и файловой системой. 57

3.8 Особенности структурированной кабельной системы для ЦОД. 58

3.8.1 Тип и категории кабельных систем для ЦОДа. 61

4. Продукция СКС компании Nexans Cabling Solutions для приложений на медном симметричном кабеле. 64

4.1 Кабель LANmark-6 10G. 65

4.2 LANmark-6 10G EVO коннектор. 66

4.3 LANmark-6 10G коммутационная панель. 66

4.4 LANmark-6 10G коммутационный шнур. 67

4.5 Монтажные шкафы Quick Mount. 68

4.6 Кабельные органайзеры LANmark. 69

4.7 Физические характеристики системы LANmark-6 10G. 71

5. Расчет оборудования Nexans LANmark-6 10G для СКС в ЦОД. 73

5.1 Расчет показателей надежности оборудования СКС. 76

Заключение. 77

Список литературы. 78

Введение.

Практически все данные, используемые в работе современного бизнеса, хранятся в электронном виде. Их объемы постоянно растут, а значит, в случае отказа системы хранения все сложнее будет восстанавливать утерянную информацию. Электронная информация вообще очень уязвима и может быть уничтожена за мгновения.

Перед системными администраторами постоянно возникают тревожные вопросы. Каким образом хранить копии данных? Какие объемы они займут? Сколько времени потребуются для восстановления данных с копии и обеспечения к ним полноценного доступа? Как обеспечить актуальность данных в копии? И с каждым годом отвечать на них становится сложнее. Все большее число организаций начинают решать эти проблемы при помощи центров обработки данных.

Центр обработки данных (ЦОД) – это сложный комплекс оборудования и программного обеспечения, обеспечивающий максимально надежное, отказоустойчивое хранение данных и постоянный доступ к ним.

Поскольку центр обработки данных объединяет в себе большое количество вычислительных и запоминающих устройств, необходимо организовать надежную взаимосвязь между его компонентами. Структурированная кабельная система является пассивной основой, с помощью которой оборудование ЦОДа связывается в единое целое. СКС – лишь она из многих подсистем центра обработки данных, но без нее ЦОД потеряет главное свое качество – надежность. Структурированная кабельная система в ЦОДе должна быть грамотно построена с соблюдением всем современных правил и стандартов.

1.   Стандартизация СКС.

1.1 Американские стандарты.

В 1985 году Ассоциация электронной промышленности США (Electronic Industries Asso­ciation – EIA) приступила к созданию стандарта для телекоммуникационных кабельных систем зданий. В 1988 году к работе по стандартизации подключилась Ассоциация телекоммуникаци­онной промышленности США (Telecommunications Industry Association – TIA). Подготовку нормативной документации выполняло несколько рабочих групп:

·   TR-41.8.1 – рабочая группа по кабельным системам офисных и промышленных зданий;

·   TR-41.8.2 – рабочая группа по кабельным системам жилых зданий и зданий офисного типа с низким коэффициентом использования полезной площади;

·   TR-41.8.3 – рабочая группа по кабельным каналам для телекоммуникационных кабелей;

·   TR-41.8.4 – рабочая группа по магистральным кабельным системам жилых зданий и зданий офисного тина с низким коэффициентом использования полезной площади;

·   TR-41.8.5 – рабочая группа по формализации терминов и определений;

·   TR-41.7.2 – рабочая группа по заземлению и строительным решениям;

·   TR-41.7.3 – рабочая группа по электромагнитной совместимости.

В октябре 1990 года был одобрен первый подготовленный этими организациями совместный норма­тивный документ – TIA/EIA-569 «Стандарт коммерческих зданий на кабельные пути те­лекоммуникационных кабелей», подготовленный рабочей группой
TR-41.8.3. Необхо­димость его принятия была обусловлена осознанием факта о невозможности построения высокоэффективной кабельной системы без предъявления комплекса специальных требо­ваний к архитектуре здания, в котором она должна быть установлена.

В 1989 году известная американская исследовательская организация Underwriters Labo­ratories (UL) совместно с фирмой Anixter разработали новую классификацию кабелей на витых парах. В ее основу было положено понятие «уровень». Толкование уровней пред­ставлено в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Классификация витых пар по уровням.

Тип кабеля

Максимальная частота сигнала

Типовые приложения

Уровень 1

Нет требований

Цепи питания и низкоскоростной обмен данными

Уровень 2

До 1 МГц

Голосовые каналы связи и системы безопасности.

Уровень 3

До 16 МГц

Локальные сети Token Ring и Ethernet 10Base-T

Уровень 4

До 20 МГц

Локальные сети Token Ring и Ethernet 10Base-T.

Уровень 5

До 100 МГц

Локальные сети со скоростью передачи данных до 100 Мбит/с.

Результатом деятельности рабочей группы TR-41.8.1 стал стандарт телекоммуни­кационных кабельных систем коммерческих зданий TIA/EIA-568, который был одобрен в июле 1991 года. Этот документ определял структуру кабельной системы и требования к характеристикам кабелей и разъемов, применяемых для ее построения. Для построения системы допускалось использование кабелей из неэкранированных витых пар с волновым сопротивлением 100 Ом и экранированных витых пар с сопротивлением 150 Ом, а также 50-омных коаксиальных кабелей и многомодовых волоконно-оптических кабелей. Документ не сертифицировал волоконно-оптический разъем.

В ноябре 1991 года рабочая группа TR-41.8.1 выпустила дополнительные специфика­ции на симметричные электрические кабели из неэкранированных витых пар – техничес­кий бюллетень TIA/EIA TSB-36. В этом документе впервые вводилось понятие кате­горий кабелей из неэкранированных битых пар, которые были определены практически в полном соответствии с уровнями по классификации UL и Anixter. Фактичес­ки произошла только смена термина, и классификация по уровням перестала применять­ся. Первые два уровня витых пар для низкоскоростных приложений в бюллетене TSB-36 не были специфицированы.

В другом дополнении к стандарту TIA/EIA-568 – техническом бюллетене TIA/EIA TSB-40 – были описаны дополнительные спецификации на разъемы для кабелей из неэкранированных витых пар. Они также подразделялись на категории 3, 4 и 5. Бюллетень предписывал использовать разъемы категорией не ниже категории кабелей, на которые они устанавливались.

В октябре 1995 года увидела свет вторая редакция стандарта TIA/EIA-568 – ТIА/ЕIА-568-А, – которая включала в себя и уточняла все основные положения технических специ­фикаций бюллетеней TSB-36 и TSB-40. Наиболее существенное отличие от предшеству­ющего документа состояло в том, что применение коаксиального кабеля не рекомендовалось для построения вновь создаваемых СКС и одновременно было разрешено использование одномодовых волоконно-оптических кабелей в магистральных подсистемах.

В январе 1993 года был одобрен еще один важный нормативный документ, подготов­ленный рабочей группой TR-41.8.3, – TIA/EIA-606 «Стандарт на администрирование те­лекоммуникационной инфраструктуры коммерческих зданий». Стандарт определя­ет правила ведения документации по СКС на этапе эксплуатации – маркировка, ведение записей, правила оформления схем, отчеты и т.д. Документ рекомендовал ведение доку­ментации в электронном виде.

Еще один смежный стандарт – TIA/EIA-607 – принимается в августе 1994 года. Он включает в себя требования к различным устройствам заземления, применяемым в здании. Традиционно основным назначением системы заземления было обеспечение безопас­ности эксплуатации электроустановок, то есть защита человека от поражения электричес­ким током. Стандарт TIA/EIA-607 определяет дополнительные требования к организации систем заземления, выполнение которых является необходимым условием обеспечения эффективной и надежной передачи электрических сигналов по СКС.

Документы TIA/ EIA-568-A, TIA/EIA-569, TIA/EIA-606 и TIA/EIA-607 являются национальным стан­дартами США.

Быстрое совершенствование средств волоконно-оптической техники, снижение ее сто­имости и массовое внедрение в состав кабельной проводки зданий офисного типа позво­лили применять при построении СКС структуры с так называемым централизованным администрированием. Переход к этому принципу дозволяет существенно упростить про­цесс администрирования СКС. Возможные варианты и правила их построения описаны в техническом бюллетене TSB-72, изданном в октябре 1995 года.

В августе 1996 года появляется технический бюллетень TSB-75, который существенно расширил возможности проектировщиков и служб эксплуатации кабельной системы так называемых открытых офисов.

В сентябре 1998 года был принят технический бюллетень TSB-95, в котором содержа­лась информация о дополнительных контролируемых параметрах канала категории 5. Со­ответствие этих параметров норме является необходимым условием обеспечения нормальной работы приложения Gigabit Ethernet.

В мае 1999 года подкомитет по стандартизации TR.42.2 утвердил стандарт TIA/EIA-570-А, нормирующий оптические разъемы, используемые в абонентских розетках. Соглас­но этому нормативному документу в новых СКС на рабочих местах наряду с разъемами типа SC допускалась установка малогабаритных разъемов нового поколения.

К 2000 году подкомитет TR-42 ассоциации TIA опубликовал ряд приложений к стандарту TIA/EIA-568-A, которые, вероятнее всего, без каких-либо существенных изменений войдут в новую редакцию американского стандарта (рабочее название TIA/EIA-568-B), так, в частности, дополнение 1 задает количественные ограничения на параметры delay и skew. В дополнении 5 определены характеристики улучшенной категории 5е, которые превосходят нормы упомянутого выше технического бюллетеня TSB-95.

1.2 Международные и европейские стандарты.

Параллельно с TIA/EIA работу над стандартизацией СКС вели Международная орга­низация по стандартизации (ISO) и Международная электротехническая комиссия (IEC). В 1995 году они выпустили совместный документ – стандарт ISO/IEC 11801 «Информа­ционные технологии. Универсальная кабельная система для зданий и территории Заказ­чика». Его содержание имеет непринципиальные отличия от стандарта TIA/EIA-568-A, связанные в основном со структурой документа, с различной терминологией и с глубиной проработки некоторых положений. Дополнительно отметим, что стандарт ISO/IEC 11801 допускает применение витых пар с волновым сопротивлением в 120 Ом и многомодовых оптических кабелей с волокнами 50/125, популярных в некоторых европейских странах.

Европейская организация по стандартизации CENELEC подготовила свой стандарт EN 50173, окончательная редакция которого увидела свет в августе 1995 года. Его англоязычная версия в содержательной своей части практически является копией международного стандарта ISO/IEC 11801.

Стандарты ISO/IEC и CENELEC постоянно развиваются и дополняются. Так, этими организациями в январе и феврале 1999 года были приняты документы, аналогичные упо­мянутому выше бюллетеню TSB-95 TIA/EIA.

В 1999 году принимается стандарт ISO/IEC 14763-1, являющийся аналогом аме­риканского стандарта TIA/EIA-606 и определяющий правила администрирования ка­бельной системы.

В начале 2000 года увидела свет дополненная редакция стандарта ISO/IEC 11801, в которой введен ряд новых параметров и уточнены значения традиционных параметров отдельных компонентов и трактов на основе витых пар.

Все три стандарта достаточно близки друг к другу и подробно нормируют основной комплекс вопросов, связанных с построением СКС. Определенные отличия непринципиального характера имеются как в перечне допустимой для построения СКС элементной базе и предельно допустимых параметрах отдельных компонен­тов, так и в терминологии и глубине освещения некоторых вопросов. На практике имен­но из-за последнего обстоятельства в различных ситуациях приходится пользоваться как международным стандартом ISO/IEC 11801, так и американским стандартом TIA/EIA-568-A, а также дополняющими его техническими бюллетенями TSB. Тем не менее, мож­но констатировать, что за прошедшие десять лет удалось в значительной степени пре­одолеть имеющиеся первоначальные различия: известные на середину 2000 года версии основных нормативно-технических документов СКС отличаются друг от друга значи­тельно меньше.

1.3 Национальные нормативные документы.

Кроме международных стандартов, в ряде ев­ропейских стран действуют свои национальные нормативные документы, учитывающие требова­ния местной промышленности, исторические традиции, законодательные акты смежных областей и другие особенности. Ссылки на такие до­кументы могут встречаться в сопроводительной технической документации в случае поступле­ния оборудования СКС в рамках реализации комплексных проектов. Например, своя нормативная база, ориентированная в основном на положения американских стандартов, имеется в Австралии и Новой Зеландии.Обычно национальные нормы не имеют принципиальных расхождений с международными, европейскими и американскими стандартами. Эти документы отличаются главным образом используемой терминологией и глубиной проработки отдельных положений. Поэтому в дальнейшем они специально не рассматриваются и упоминаются только в случае необходимости.

К сожалению, по состоянию на середину 2003 года в России только разворачивалась работа по созданию национального стандарта по телекоммуникационным кабельным системам, которые можно рассматривать как аналог соответствующих зарубежных. Поэтому проект базируется на международных стандартах и национальных стандартах США. Отечественными нормативными документами, дополнительно используемыми при установке СКС, являются Правила устройства электроуста­новок (ПУЭ), а также некоторые ГОСТы по правилам выполнения проектных работ, оформления проектной документации и тестированию кабельных изделий.

2.   Построение и технические аспекты СКС.

2.1 Особенности СКС.

Под СКС будем понимать кабельную систему, принцип построе­ния которой отвечает трем основным и нескольким дополнительным признакам. К основ­ным признакам СКС относятся:

·   структуризация;

·   универсальность;

·   избыточность.

Структуризация предполагает разбиение кабельной проводки и ее аксессуаров на отдель­ные части или подсистемы, каждая из которых выполняет строго определенные функции и снабжена стандартизованным интерфейсом для связи с другими подсистемами и сетевым оборудованием. В состав любой подсистемы обязательно включается развитый на­бор средств переключения, что обеспечивает ее высокую гибкость и позволяет создавать сложные структуры с конфигурацией, легко и быстро меняемой и адаптируемой под по­требности конкретных приложений. При построении системы используется обобщенный подход без привязки к какому-либо конкретному виду кабеля или коммутационного обору­дования. Это дает возможность без каких-либо сложностей на любом уровне одинаково легко применять как оптические, так и электрические технологии передачи сигналов, вы­бор которых полностью определяется местными условиями и максимальной технико-эко­номической эффективностью данного конкретного проекта.

Универсальность кабельной системы проявляется в том, что она изначально строится не для обеспечения работы какой-либо конкретной, пусть и весьма распространенной сете­вой технологии, а создается на принципах открытой архитектуры с заданным и зафикси­рованным в стандартах набором основных технических характеристик. При этом в норма­тивных документах задаются параметры как электрических и оптических кабельных трасс отдельных подсистем, так и их интерфейсов. Это позволяет обеспечить возможность ис­пользования кабельной системы для передачи сигналов самых разнообразных приложений в сочетании с сокращением количества типов кабелей до двух: симметричного (из витых пар) и волоконно-оптического. Технический уровень элементной базы, используемой для создания СКС, задается стандартом таким образом, чтобы обеспечить продолжительность эксплуатации кабельной системы минимум в 10 лет.

Под избыточностью понимается введение в состав СКС дополнительных информаци­онных розеток, количество и размещение которых определяются площадью и топологией рабочих помещений, а не планами размещения сотрудников и расположения офисной ме­бели. Это позволяет легко организовывать новые рабочие места, а также выполнять переме­щения сотрудников и оборудования. Применение принципа избыточности обеспечивает воз­можность очень быстрой адаптации кабельной системы под конкретные производственные потребности и позволяет не останавливать работу офиса или его части при проведении каких-либо организационных и технических изменений. Поскольку продолжительность эксплуатации СКС в несколько раз превышает аналогичный показатель для остальных компонентов информационной инфраструктуры здания, этот принцип особенно важен.

Создание эффективной СКС и ее эксплуатация невозможны без выполнения ряда до­полнительных условий. СКС обязательно должна иметь:

·   каталог продукции;

·   нормы и методики проектирования, позволяющие выполнить требования действую­щих стандартов;

·   возможность управления (или администрирования) в соответствии со стандартными процедурами;

·   систему подготовки кадров и обеспечения гарантии производителя;

Кабельная система, не обладающая хотя бы одним дополнительным, а тем более основ­ным из признаков, перечисленных выше, называется исключительной ввиду того, что она единственная в своем роде.

Применение СКС позволяет:

·   при относительно высоких начальных вложениях обеспечить существенную экономию полных затрат за счет длительного срока эксплуатации и низких эксплуатацион­ных расходов;

·   поднять надежность кабельной системы;

·   производить смену конфигурацию и наращивание комплекса информационно-вычис­лительных систем офисного здания без влияния на существующую проводку;

·   Использовать одновременно различные сетевые протоколы и сетевые архитектуры в одной системе.

·   Комбинировать в единую систему оптические и электрические тракты передачи сигналов.

·   Устранить путаницу проводов в кабельных трассах.

·   Создать единую службу эксплуатации.

·   За счет наличия стандартизованного интерфейса снабдить средой передачи информа­ции основную массу действующего и перспективного сетевого оборудования различ­ных классов.

·   Обеспечить за счет принципа построения из отдельных модулей быструю локализа­цию неисправности, восстановление связи или переход на резервные линии.

2.2 Топология СКС.

В основу любой структурированной кабельной системы положена древовидная тополо­гия, которую иногда называют также структурой иерархической звезды. Узлами структуры являются коммута­ционное оборудование различного вида, называемое дистрибьютор (distributor), которое обычно устанавливается в технических помещениях и соединяется друг с другом и с информационными розетками на рабочих местах электрическими и оптическими кабелями.

Пример топологии иерархической звезды приведен на рис. 2.1.

 

Рис. 2.1. Топология иерархической звезды.

Стандарты не регламентируют тип коммутационного оборудования, определяя только его параметры. Для монтажа и дальнейшей эксплуатации коммутационного оборудования необходимы технические помещения. Все кабели, входящие в технические помещения, обязательно заводятся на коммутационное оборудование, на котором осуществляются все необходимые подключения и переключения в процессе строительства и текущей эксплуатации кабельной системы. Это обеспечивает гибкость СКС, возможность легкой переконфигурации и адаптируемости под конкретное приложение. Основой для применения именно иерархической звездообразной топологии является возможность ее использования для поддержки работы всех основных сетевых приложений.

2.3 Технические помещения.

Технические помещения, необходимые для построения СКС и информационной системы предприятия, в целом делятся на аппаратные и кроссовые.

Аппаратной в дальнейшем называется техническое помещение, в котором наряду с коммутационным оборудованием СКС располагается сетевое оборудование коллективного пользования (АТС, серверы, концентраторы). Если основной объем установленных в этом помещении технических средств составляет оборудование ЛВС, то его иногда называют серверной, а если учрежденческая АТС и системы внешних телекоммуникаций – узлом связи. Аппаратные оборудуются фальшполами, системами пожаротушения, кондиционирования и контроля доступа.

Кроссовая представляет собой помещение, в котором размещается коммутационное оборудование СКС, сетевое и другое вспомогательное оборудование. Желательно ее размещение вблизи вертикального стояка, оборудование телефоном и системой контроля доступа. При этом уровень оснащения кроссовой оборудованием инженерного обеспечения ее функционирования в целом является более низким по сравнению с аппаратными. Кроссовые на практике достаточно часто называют просто техническими (этажными) помеще­ниями, встречается также наименование «хабовые».

Аппаратная может быть совмещена с кроссовой здания (КЗ или BD). В этом случае его сете­вое оборудование может подключаться непосредственно к коммутационному оборудова­нию СКС. Если аппаратная расположена отдельно, то ее сетевое оборудование подклю­чается к локально расположенному коммутационному оборудованию или к обычным информационным розеткам рабочих мест. В кроссовую внешних магистралей (КВМ или CD) сходятся кабели внешней магистрали, подключающие к ней КЗ. В КЗ заводятся внут­ренние магистральные кабели, подключающие к ним кроссовые этажей (КЭ или FD). К КЭ, в свою очередь, горизонтальными кабелями подключены информационные розетки рабочих мест. В качестве дополнительных связей, увеличивающих гибкость и живучесть систе­мы, допускается прокладка внешних магистральных кабелей между КЗ и внутренних магистральных кабелей между КЭ.

Во всей СКС может быть только одна КВМ, а в каждом здании может присутствовать не более одной КЗ. Допускается объединение КВМ с КЗ, если они расположены в одном здании. Аналогично КЗ может быть совмещена с КЭ, если они расположены на одном эта­же. Если плотность рабочих мест на этаже или его части мала, то в качестве исключения допускается подключение к КЭ горизонтальных кабелей смежных этажей.

Пример струк­туры СКС с привязкой к зданиям приведен на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Пример структуры СКС с привязкой к зданиям.

2.4 Подсистемы СКС.

В общем случае СКС, согласно международному стандарту ISO/IEC 11801, вклю­чает в себя три подсистемы:

1.   подсистема внешних магистралей (campus backbone cabling) или по терминологии не­которых СКС европейских производителей первичная подсистема, состоит из внешних магистральных кабелей между КВМ и КЗ, коммутационного оборудования в КВМ и КЗ, к которому подключаются внешние магистральные кабели, и коммутацион­ных шнуров и/или перемычек в КВМ. Подсистема внешних магистралей является основой для построения сети связи между компактно расположенными на одной тер­ритории зданиями (campus). На практике эта подсистема достаточно часто имеет фи­зическую кольцевую топологию, что дополнительно обеспечивает увеличение надеж­ности за счет наличия резервных кабельных трасс. Из этих же соображений подсистема внешних магистралей иногда реализуется по двойной кольцевой топологии. Если СКС устанавливается автономно только в одном здании, то подсистема внешних ма­гистралей отсутствует;

2.   подсистема внутренних магистралей (building backbone cabling), называемая в неко­торых СКС вертикальной или вторичной подсистемой, содержит проложенные меж­ду КЗ и КЭ внутренние магистральные кабели, подключенное к ним коммутационное оборудование в КЗ и КЭ, а также коммутационные шнуры и/или перемычки в КЗ. Кабели рассматриваемой подсистемы фактически связывают между собой отдельные этажи здания и/или пространственно разнесенные помещения в пределах одного зда­ния. Если СКС обслуживает один этаж, то подсистема внутренних магистралей мо­жет отсутствовать;

3.   горизонтальная подсистема (horizontal cabling), иногда называемая третичной подсистемой, образована внутренними горизонтальными кабелями между КЭ и информационными розетками рабочих мест, самими информационными розетками, коммутационным оборудованием в КЭ, к которому подключаются горизонтальные кабели, и коммутационными шнурами и/или перемычками в КЭ. В составе горизонтальной проводки допускается использование одной точки перехода, в которой происходит изменение типа прокладываемого кабеля (например, переход на плоский кабель для прокладки под ковровым покрытием с эквивалентными передаточными характеристиками).

Струк­турная схема подсистем СКС приведена на рис. 2.3.

1. Подсистема внешних магистралей.

2. Подсистема внутренних магистралей.

3. Горизонтальная подсистема.

 

Рис. 2.3. Подсистемы СКС.

Рассматриваемое здесь деление СКС на отдельные подсистемы применяется независи­мо от вида или формы реализации сети, то есть оно будет одинаковым, например, для офисной и производственной сети.

Иногда из соображений удобства проектирования и эксплуатационного обслуживания применяется более мелкое дробление оборудования СКС на отдельные подсистемы. Так, например, элементы подключения сетевого оборудования к СКС в кроссовой выделяются в отдельную административную подсистему, а шнуры, адаптеры и другие элементы, необходимые на рабочих местах, образуют отдельную подсистему рабочего места и т.д.

Согласно действующим редакциям международных нормативно-технических документов, СКС включает в себя следующие компоненты:

1.   линейно-кабельное оборудование подсистемы внешних магистралей;

2.   коммутационное оборудование подсистемы внешних магистралей;

3.   линейно-кабельное оборудование подсистемы внутренних магистралей;

4.   коммутационное оборудование подсистемы внутренних магистралей;

5.   линейно-кабельное оборудование горизонтальной подсистемы;

6.   коммутационное оборудование горизонтальной подсистемы;

7.   точки перехода;

8.   информационные розетки.

2.5 Коммутация в СКС.

Принципиальная особенность любой СКС состоит в том, что коммутация в ней, в отличие от электронных АТС и сетевого компьютерного оборудования, всегда производится вручную коммутационными шнурами и/или перемычками. Наиболее важным следствием такого подхода является то, что функционирование СКС принципиально не зависит от состояния электропитающей сети. Введение в состав СКС элементов электронной или электромеханической коммутации немедленно влечет за собой обязательное использование в оборудовании штатного источника электропитания. С экономической и технической точек зрения такое решение абсолютно неоправданно па нынешнем лапе развития техники: среднее количество переключений одного порта в год составляет единицы раз в год, а источник питания обладает намного меньшей эксплуатационной надежностью по сравнению с пассивными компонентами, образующими кабельную систе­му. Оборотной стороной от отказа от применения штатного источника электропитания мож­но назвать:

·   необходимость использования коммутационных шнуров, которые существенно ухудшают массогабаритные показатели коммутационного оборудования и требуют применения специальных мер для решения задач администрирования;

·   невозможность введения в состав СКС' штатных коммутаторов, контроллеров, датчиков и другого аналогичного оборудования, что снижает удобство эксплуатации, увеличивает время поиска неисправности, затрудняет текущую диагностику и т.д.

Известны лишь отдельные доведенные до серийного производства разработки, направ­ленные на внедрение активных компонентов в некоторые подсистемы СКС. Однако они носят вспомогательный характер, например, опрос состояния портов, индикация, коммутация сигна­лов низкоскоростных приложении. Они не затрагивают процесс передачи информационных сигналов и не нормируются действующими стандартами и предложениями по их перспек­тивным редакциям.

2.6 Принципы администрирования СКС.

Принципы администрирования (иначе управления) СКС целиком и полностью определяются ее структурой. Различают одноточечное и многоточечное администрирование.

Под многоточечным администрированием понимают управление СКС, которая построена по классической архитектуре иерархической звезды. Основным признаком этого варианта является необходимость выполнения переключения минимум двух шнуров в общем слу­чае изменения конфигурации. Использование данного принципа гарантирует наибольшую гибкость управления и возможность адаптации СКС для поддержки новых приложений.

Архитектура одноточечного администрирования применяется в тех ситуациях, когда требуется максимально упростить управление кабельной системой. Принципиально может использоваться только для СКС, установленных в одном здании и не имеющих магистраль­ной подсистемы. Ее основным признаком является прямое соединение всех информаци­онных розеток рабочих мест с единственным техническим помещением. Несложно убе­диться в том, что одноточечное администрирование может быть использовано только в небольших сетях и упрощает процесс управления кабельной системой благодаря выпол­нению всех коммутаций шнурами в одном месте.

2.7 Дополнительные варианты топологического построения СКС.

Ниже рассматриваются дополнительные возможности построения горизонтальной подси­стемы и подсистемы внутренних магистралей, часть из которых не вошла в основные дей­ствующие стандарты по СКС. Наличие этих вариантов существенно расширяет свободу выбо­ра проектировщика и позволяет значительно увеличить экономическую эффек­тивность кабельной системы в ряде случаев.

2.7.1   Варианты построения горизонтальной подсистемы СКС.

Горизонтальная подсистема СКС при ее реализации на кабелях из витых пар может быть построена по четырем различным схемам, которые приведены на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Варианты организации горизонтальной подсистемы.

Наиболее часто применяется первая из них, которая образована непрерывным кабелем максимальной дли­ной 90 м, соединяющим информационную розетку ИР и коммутационную панель в кроссовой этажа КЭ.

Во втором варианте тракт передачи образуется из кабелей двух различных типов, но с эквивалентными передаточными характеристиками. Эти кабели соединяются между собой в так называемой точке перехода (ТП). Согласно международному стандарту ISO/IEC 11801 здесь возможны две комбинации типов таких кабелей: «многопарный + четырехпарный» и «круглый + плоский» с одинаковым количеством пар (на прак­тике это четыре пары). Американский стандарт TIA/EIA-568-A трактует точку перехода более узко: в ТП согласно этому нормативно-техническому доку­менту происходит соединение плоского кабеля с круглым. Точка перехода реализуется на обычном коммутационном обо­рудовании, однако его запрещается использовать для выполнения операций администрирования кабельной системы и для подключе­ния активных сетевых устройств любого назначения. В соответ­ствии с этим в точке перехода никогда не должны применяться ком­мутационные и оконечные шнуры.

Последние два варианта построения горизонтальной подсистемы СКС ориентированы, в первую очередь, на применение в так называ­емых открытых офисах (open offices или open space offices), то есть в рабочих помещениях большой площади, которые разделены на от­дельные секции специализированной мебелью или легкими некапи­тальными перегородками. Общим отличительным признаком таких офисов являются частые перемещения сотрудников и изменения конфигураций рабочих мест, а также наличие явно выраженной зон­ной группировки отдельных рабочих мест. В открытых офисах мо­гут применяться многопользовательские телекоммуникационные розетки MUTO (Multi-User Telecommunication Outlet) и точки объединения СР (consolidation point). Оба варианта стандартизи­рованы техническим бюллетенем TSB-75 и адаптируют рассмотренные выше решения на случай открытого офиса.

Под многопользовательской розеткой MUTO понимается розетка, которая обслужива­ет нескольких пользователей. Такой элемент выделяется в отдельный вид оборудования и устанавливается на колоннах и стенах здания, под фальшполом, в напольных коробках и, достаточно редко, в пространстве между капитальным и подвесным потолками. Максимальная длина W оконечного шнура, соединяющего розетку MUTO с сетевым оборудованием на рабочем месте, не должна превышать 20 м и вычисляется по сле­дующей формуле:

, где W < 20 м, Н – длина горизонтального кабеля.

Коэффициент 1.2 учитывает повышенное затухание сигнала в кабеле соединительного шнура с гибкими многопроволочными проводниками. Постоянный коэффициент 7 определяет максимальную длину коммутационных шнуров в кроссовой. Анализ формулы показывает, что при максимальной длине око­нечного шнура в 20 м длина горизонтального кабеля не должна превышать 70 м. Таким образом, суммарная длина оконечного и коммутационного шнуров в открытом офисе может достигать 27 м против 10 м в случае обычного офиса, что сопровождается заметным увеличением гибкости кабельной системы. При этом за счет соответствующей корректировки длины горизонтального кабеля в сторону уменьшения максимальное сум­марное затухание тракта передачи сигнала в обоих случаях оказывается одинаковым.

Точка объединения СР в открытом офисе является прямым аналогом точки пе­рехода традиционной топологии. От нее к отдельным розеткам рабочего места, когда перемещения сотрудников возможны, но не столь часты по сравнению с розетками MUTO.

Аналогично традиционной кабельной разводке в любой горизонтальной линии откры­того офиса запрещается использование более одной точки перехода в виде розеток MUTO и СР, а в точке консолидации точке не допускается подключение активного оборудования и выполнения операций администрирования.

2.7.2   Топологии с централизованным администрированием.

Системы с централизованным администрированием определены в техническом бюллетене TSB-72 и относятся к случаю построения разводки внутри одного здания полностью на оптическом кабеле. Основная идея, заложенная в этом документе, состоит в предостав­лении проектировщику СКС возможности отказа в данной ситуации от жесткого деления кабельной разводки на горизонтальную подсистему и подсистему внутренних магистралей с их объединением в единое целое и переход, за счет этого, от двухуровневой звездообразной топологии к простой одноуровневой.

Применение принципа централизованного администрирования позволяет:

·   значительно увеличить управляемость ЛВС за счет появления возможности форми­рования любых заранее заданных рабочих групп на физическом уровне без использо­вания виртуальных соединений;

·   сосредоточить все активное оборудование в одном месте, что увеличивает защищенность от несанкционированного доступа к информации, уменьшает потребности в высокоско­ростных каналах и упрощает процедуру проведения эксплуатационных измерений;

·   значительно сократить или даже полностью (в некоторых случаях) отказаться от выделенных помещений для кроссовых этажей.

Актуальность практического использования централизованного администрирования резко возросла в связи с массовым внедрением в широкую инженерную практику волоконно-оптической техники передачи сигналов, которая не накладывает на длины высокоско­ростных каналов физического 90-метрового ограничения витой пары.

Согласно бюллетеню TSB-72 кабельные системы рассматриваемого вида могут быть по­строены с использованием одного межсоединения и без него. Вариант с одним соединением позволяет сохранить прежнюю телекоммуникационную инфраструктуру здания, так как кроссовое оборудование для его реализации размещается в помещениях, зарезервированных первоначальным проектом под кроссовые этажей. Этот вариант возможен в двух разновид­ностях. Первую из них можно назвать схемой ответвления. Согласно этой схеме до кроссовых доводится магистральный кабель, дальнейшая разводка выполняется абонентским кабелем, который соединяется с магистральным неразъемным соединителем. Вторая разно­видность получила в название пассивной коммутационной панели. В соответствии с дан­ной схемой предусматривается процесс коммутации с использованием обычного коммутационного шнура. Максимальное расстояние от информационной розетки до кроссовой этажа в рассматриваемом варианте составляет 90 м. Это позволяет сохранить преемственность с TIA/EIA-568-A в отношении горизонтальной проводки, также обеспечивает легкость воз­врата к стандартной двухуровневой топологии. Максимальная длина канала с межсоедине­нием выбрана равной 300 м из соображений получения на кабеле с волокном типа 62,5/125 пропускной способности канала связи 1 Гбит/с, то есть поддержки наиболее скоростных на сегодняшний день приложений типа Gigabit Ethernet и Fibre Channel. По аналогии со структурами на электрическом кабеле, в которых применяются точки перехода различного вида, какое-либо активное оборудование в месте размещения кросса не устанавливается.

Ограничение протокольного характера сетей Fast Ethernet разработчиками TSB-72 счи­тается в данном случае малосуществен­ным, вероятно, из-за сравнительно малой распространенности волоконно-оптической аппаратуры стандарта 100Base-FX, работающей в режиме разделения полосы пропускания. При построении СКС без межсоединений длина любого канала опять же из со­ображений обеспечения преемственности ограничена значением 90 м. Это ощутимо сужает возможности организации системы с централизованным администрированием в ряде офисных зданий, однако в пределе позволяет обойтись вообще без выде­ленных кроссовых этажей. Если же они предусматриваются проектом, то говорят о проходной схеме и в кроссовых рекомендуют выделять места для хранения свернутого в бухты запаса кабелей и установки коммутаци­онного оборудования.

Существуют также некоторые дополнительные ограничения и рекомендации бюллетеня TSB-72:

·   в точке межсоединения не рекомендуется смешивать разъемные и неразъемные соеди­нители волоконных световодов;

·   основным типом разъемного оптического соединителя считается SC в одиночном или дуплексном вариантах;

·   неразъемные соединители могут выполняться как сваркой, так и с помощью механи­ческих сплайсов;

·   во вариантах с одним межсоединением в случае выполнения промежуточных неразъ­емных соединений световодов допускается использовать различные типы кабелей на горизонтальном и магистральном участках;

·   идентификация и маркировка отдельных волокон и соединителей должна выполнять­ся в соответствии с правилами стандарта TIA/EIA-606.

2.8 Кабели СКС.

Одним из удачных способов повышения технико-экономической эффективности кабель­ных систем офисных зданий является минимизация типов кабелей, применяемых для их построения. В СКС согласно международному стандарту ISO/IEC 11801 допускается ис­пользование только:

·   симметричных электрических кабелей на основе витой пары с волновым сопротивле­нием 100, 120 и 150 Ом в экранированном и неэкранированном исполнении;

·   одномодовых и многомодовых оптических кабелей.

Электрические кабели используются в основном для создания горизонтальной разводки. По ним передаются как телефонные сигналы и низкоскоростные данные, так и данные высокоскоростных приложений. Применение оптических решений в горизонтальной под­системе в настоящее время встречается достаточно редко, хотя их доля растет очень быстрыми темпами (решения в рамках концепции FTTD (Fibre To The Desk). В подсистеме внутренних магистралей электрические и оптические кабели применяются одинаково часто, причем электрические кабели предназначены для передачи главным образом телефонных сигналов и данных с тактовыми частотами до 1 МГц, тогда как оптические кабели обеспечивают передачу данных высокоскоростных приложений. На внешних магистралях оптические кабели играют доминирующую роль.

Для перехода с электрического кабеля на оптический в процессе передачи данных со скоростью 10 Мбит/с и выше в технических помещениях устанавливается соответствующее сетевое оборудование (преобразователи среды или трансиверы), которые обычно обслуживают групповое устройство (концентратор системы передачи данных, вы­носной модуль АТС, контроллер инженерной системы здания и т.д.). Прямое использование волоконно-оптического кабеля для передачи телефонных сигналов и низкоскоростных данных на современном этапе развития техники является экономически нецелесообраз­ным и применяется в тех ситуациях, когда другие решения невозможны или же выдви­гаются особые требования в отношении защиты информации от несанкционированного доступа. Поэтому для улучшения технико-экономической эффективности сети в целом процесс преобразования низкоскоростного электрического сигнала в оптический обычно совмещается с мультиплексированием.

Для построения горизонтальной подсистемы стандартами допускается применение эк­ранированного и неэкранированного кабелей. Экранированный симметричный кабель по­тенциально обладает лучшими электрическими, а в некоторых случаях и прочностными характеристиками по сравнению с неэкранированным. Однако этот кабель является очень критичным к качеству выполнения монтажа и заземления, имеет заметно большую стоимость и худшие массогабаритные показатели. Поэтому пока основным кабелем для пере­дачи электрических сигналов по СКС, по крайней мере в нашей стране, являются кабели на основе неэкранированных витых nap¹. Как было отмечено выше, стандарты разрешают строить СКС на электрических кабелях с волновым сопротивлением 100, 120 и 150 Ом. При этом две последние разновидности кабелей часто обладают заметно лучшими характеристиками. Однако в силу целого ряда причин технического и экономического плана они не получили широкого распространения в нашей стране.

Многомодовые волоконно-оптические кабели используются в основном в качестве ос­новы подсистемы внутренних магистралей. Одномодовые волоконно-оптические кабели рекомендуется применять только для построения длинных внешних магистралей.

Коаксиальные кабели не включаются в число разрешенных к применению в новых стан­дартах и исключаются из очередных редакций старых стандартов. Это объясняется низкой надежностью сетей, построенных на их основе, невысокой технологичностью и более вы­сокой стоимостью по сравнению с кабелями на основе витых пар. Для обеспечения возможности работы по СКС сетевой аппаратуры с коаксиальным и триаксиальным интерфейсом используется широкая номенклатура адаптеров различных видов.

2.8.1   Классы приложений и категории кабелей.

Стандарт ISO/IEC 11801 подразделяет все виды приложений, которые могут обмениваться данными по витым парам, на несколько классов – A, B, C, D, E, F. Для приложений каждого класса определяется соответствующая категория линии связи, которая задает предельные допустимые электри­ческие характеристики кабеля, необходимые для нормальной работы приложений соответ­ствующего и более низкого класса.

Соответствие категорий кабелей и соединителей классам приложений показано в таблице. 2.1.

Таблица 2.1. Соответствие категорий кабелей и соединителей классам приложений.

ТIА/ЕIА–568–А

ISO/IEC 11801
Кабели и соединители

EN 50173

ISO/IEC 11801
Приложения

-

-

-

А

-

-

-

В

Категория 3

Категория 3

Категория 3

С

Категория 4

Категория 4

-

-

Категория 5

Категория 5

Категория 5

D

-

Категория 6

-

Е

-

Категория 7

-

F

К приложениям оптического класса отно­сятся те из них, которые используют в качестве среды передачи сигнала оптический кабель. На момент принятия стандарта ширина полосы пропускания для таких приложений не яв­лялась ограничивающим фактором.

Категории определяются максимальной частотой сигнала, на которую рассчитаны соответствующие разъемы и кабели. Соответствие категории и ее максимальной частоты приведено в таблице 2.2. Кабели и разъемы более высоких категорий поддерживают все приложения, рассчитанные на работу по кабелям более низких категорий.

Таблица 2.2. Категории кабелей и разъемов.

Категория

 

Максимальная частота сигнала

Типовые приложения кабеля и разъема

 

Категория 3

До 16 МГц

 

Локальные сети Token Ring и Ethernet 10Base-T, голосовые каналы и другие низкочастотные приложения

Категория 4

До 20 МГц

Категория 5

До 100МГц

Локальные сети Ethernet 100 Base-T.

Категория 5е

До 100 МГц

ATM со скоростью передачи данных 155 и 622 Мбит/с, локальные сети Ethernet 1000 Base-T.

Категория 6

До 250 МГц

Gigabit ATM, локальные сети Ethernet 1000 Base-TX.

Категория 6а

До 500 МГц

Локальные сети Ethernet 10G Base-T.

Категория 7

До 600 МГц

Локальные сети Ethernet 10G Base-T.

Различия в технических параметрах линий связи некоторых категорий, приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3. Параметры линий связи некоторых категорий на частоте 100 МГц.

Параметр

Категория 5

Категория 6

Категория 7

TIA/EIA-

568-A

TSB-95

ISO/IEC 11801

Затухание, дБ

24,0

24,0

24,0

21,7

20,8

NЕХТ, дБ

27,1

27,1

27,1

39,9

62,1

РS–NЕХТ, дБ

---

---

24,1

37,1

59,1

ACR, дБ

3,1

3,1

3,1

18,2

41,3

РS–АСR, дБ

---

---

0,1

15,4

38,3

EL–FEXT, дБ

---

17,0

23,2

fts[1]

РS–FЕХТ,дБ

---

14,4

14,4

20,2

ffs

Возвратные потери, дБ

---

8,0

10,0

12,0

14,1

Задержка распространения, нс

---

548

548

548

504

2.8.1.1   Категория 5е / класс D.

Требования на кабели указанной категории (класса) были впервые опубликованы в 2000 г. и включали дополнения, важные для работы систем 1000Base-T, использующих двунаправленную передачу данных по всем четырем парам кабеля UTP. Стандарт расширил предельные значения характеристик базовой категории 5 и определил несколько новых критериев, необходимых для скоростной передачи сигнала при использовании всех четырех пар. В спецификации категории 5е / класса D был введен дополнительный запас по таким параметрам, как затухание NEXT, ELFEXT и возвратные потери (Return Loss — RL), а также введено определение суммарных перекрестных наводок, аппроксимирующих полные наводки в кабелях UTP при одновременной передаче сигналов по всем его витым парам.

2.8.1.2   Категория 6 / класс Е.

Приложения данного класса Е и компоненты СКС категории 6 первоначально имели нормируемые характеристики до частоты 200 МГц, которая впоследствии была увеличена до 250 МГц. Необходимость расширения частотного диапазона гарантируемых параметров была обус­ловлена требованием обеспечения потенциальной возможности поддержки функциониро­вания двухпарных вариантов интерфейсов Gigabit Ethernet. СКС указанной категории (класса) обеспечивают вдвое больший, чем СКС категории 5е / класса D, запас по отношению сигнала к шуму. Отношение затухания сигнала к уровню перекрестных наводок, т.е. защищенность, таких кабелей имеет положительное значение вплоть до 200 МГц. В процессе разработки спецификации на кабели категории 6 / класса Е была выявлена необходимость ограничить преобразование дифференциального сигнала в синфазный сигнал и обратно путем определения баланса компонентов, что позволяет реализовать кабельные системы с повышенной электромагнитной совместимостью (Electromagnetic Compatibility — EMC). Хотя СКС категории 6 / класса Е были первоначально предназначены для приложений 100Base-T и 1000Base-T, некоторая часть инсталлированной базы этих СКС способна поддерживать и приложения 10G Base-T. В технических бюллетенях TIA TSB-155 и ISO/IEC 24750 представлены не только новые нормы на характеристики кабельных систем категории 6 / класса Е, но и процедуры полевого квалификационного тестирования, которые позволяют удостовериться в том, что эти СКС смогут поддерживать приложения 10G Base-T.

Возможности цифровой обработки сигналов (Digital Signal Processing — DSP), реализованные в системах 10GBase-T, обеспечивают полное подавление внутренних наводок между витыми парами кабеля. Вместе с тем эти системы становятся особенно чувствительными к нежелательным наводкам между соседними кабелями и кабельными компонентами, получившими название межкабельных наводок (alien crosstalk). Так как межкабельные наводки в СКС категории 6 / класса Е зависят от особенностей их инсталляции (например, от плотности объединения кабелей в связки и степени заполнения кабельных каналов), значения параметров передачи определялись для наихудших условий «типичной» кабельной среды. Это означает, что системы 10GBase-T должны работать по каналам UTP категории 6 / класса Е протяженностью до 37 м. В зависимости же от фактического уровня межкабельных наводок такие системы могут работать по каналам UTP категории 6 / класса Е протяженностью 37–55 м. Учитывая тот факт, что общий экран из фольги кабелей F/UTP категории 6 / класса Е значительно снижает межкабельные наводки, указанные ограничения на длину канала на эти кабели не распространяются. В технических бюллетенях TIA TSB-155 и ISO/IEC 24750 также содержатся рекомендации, касающиеся методов ослабления межкабельных наводок, которые вы можете использовать в том случае, если инсталлированный канал категории 6 / класса Е не соответствует требованиям к минимальному уровню межкабельных наводок. В частности, рекомендуется:

·   использовать для систем 10GBase-T несмежные разъемы коммутационной панели;

·   разносить аппаратные шнуры или задействовать улучшенные шнуры;

·   применять шнуры на основе кабеля F/UTP;

·   разобщать кабельные связки;

·   заменять компоненты категории 6 / класса Е на компоненты категории 6А / класса ЕА.

Кабельные системы категории 6 / класса Е не рекомендуются для новых инсталляций, где будут использоваться системы 10GBase-T. Дело, в частности, в том, что, хотя устройства для полевого тестирования кабельных систем на соответствие новым значениям параметров PSANEXT и PSAACRF как раз сейчас и появляются на рынке, методология тестирования остается крайне сложной и трудоемкой. Кроме того, большинство инсталляций потребуют ослабления межкабельных наводок. Довольно часто разработанные методы ослабления наводок реализуются с трудом из-за существующих ограничений на степень заполнения кабельных каналов и на потенциальную возможность замены компонентов. Помимо этого, отсутствуют руководства по методике проведения аттестации для крупномасштабных инсталляций или выполнению модернизации кабельных систем в будущем. Так как стандарт на СКС категории 6 / класса Е был опубликован в 2002 г., сейчас он находится где-то в середине намеченного 10-летнего срока службы описываемой им СКС. Чтобы обеспечить максимальные производительность и прибыль на инвестиции, проектировщики СКС стараются сегодня использовать кабельные системы уже более высоких категорий.

2.8.1.3   Категория 6а / класс ЕА.

СКС категории 6а / класса ЕА рассчитаны на работу в расширенном частотном диапазоне и на более эффективное подавление межкабельных наводок, что необходимо для обеспечения работы систем 10G Base-T по 100-метровому каналу. Кабельная проводка категории 6а / класса ЕА обеспечивает положительное значение отношения сигнала к межкабельным наводкам на частотах до 500 МГц и способна не только противостоять неблагоприятным условиям кабельной среды, но и, когда придет время модернизации сети, гарантированно поддерживать приложение 10G Base-T. Спецификации на эти СКС впервые содержат требования к балансировке каналов и постоянных линий, что обеспечивает им более высокую электромагнитную совместимость, чем у СКС предыдущих поколений. Спецификации на СКС категории 6а / класса ЕА обеспечивают должный запас по всем рабочим характеристикам, включая суммарные межкабельные наводки. Определяется также такой параметр, как средние суммарные межкабельные наводки по всем четырем витым парам кабеля UTP, который используется комитетом IEEE при моделировании пропускной способности кабельного канала.

2.8.1.4   Категория 7 / класс F.

С принятием стандарта IEEE 802.3an на Ethernet 10G Base-T появилось приложение, для функционирования которого нужна полоса в 500 МГц. Однако некоторые параметры до сих пор окончательно не определены. Поэтому в настоящее время пригодность решения Категории 6А для передачи сигналов сетевых интерфейсов 10G Base-T полностью не гарантируется. Категория 7 / класс F, напротив, опирается на утвержденный стандарт, чем обеспечивается совместимость оборудования различных производителей. Спецификация описывает характеристики систем на основе полностью экранированного кабеля, т.е. кабеля из индивидуально экранированных витых пар, заключенных в общий экран. Благодаря своей полностью экранированной конструкции кабель категории 7 обеспечивает положительное значение отношения затухания к уровню перекрестных наводок на частотах до 600 МГц и отличные показатели электромагнитной совместимости. Преимущество кабельной проводки класса F по сравнению с другими категориями (классами) СКС состоит в том, что она ориентирована на поддержку приложений, которые появятся вслед за системами 10GBase-T. СКС категории 7 — это единственная среда передачи, рассчитанная на 15-летний срок службы, и она способна обеспечить максимальную окупаемость инвестиций с учетом 15-летнего срока эксплуатации.

Категория 7 обладает еще одним преимуществом. Хотя удовлетворяющий требованиям стандарта кабель имеет достаточно большой внешний диаметр, пучок кабелей подобной разновидности оказывается тоньше по сравнению с пучком неэкранированных кабелей категории 6а. Причина парадокса в том, что при построении неэкранированных систем необходимо предусмотреть либо достаточно большой зазор между отдельными кабелями, либо некоторое воздушное пространство под оболочкой. Это составляет необходимое условие достижения требуемого уровня защищенности от межкабельных переходных помех. Соответственно для укладки такого кабеля требуются лотки меньшего размера, чем для кабеля категории 6А. Как следствие, общая стоимость монтажа и последующей эксплуатации оказывается ниже, но самое главное — кабель можно проложить в самых стесненных условиях.

В СКС категории 7 используется разъем, описанный в спецификации IEC 61076-3-104:2002. Он состоит из вилки и гнезда оригинальной конструкции, отличной от конструкции разъема RJ-типа. К преимуществам этого разъем относятся простота его использования, большой запас рабочих характеристик, поддержка многих приложений. Нелишне добавить, что стандарт ISO 15018 рекомендует указанный разъем в качестве интерфейса категории 7. Он серийно выпускается многими производителями, и кабельная индустрия, и разработчики приложений, похоже, готовы к внедрению полностью экранированной кабельной проводки.

2.8.1.5   Категория 7а / класс FА.

Как известно, прогресс остановить невозможно. Поэтому нет ничего удивительного в том, что органы по стандартизации приступили к разработке стандарта на Категорию 7А, или Класс FA. Основным движущим мотивом являются не новые разновидности Ethernet, а требования мультимедийной техники. Кабели ориентированы на применение преимущественно в отелях и жилых домах и позволяют прокладывать там тракты, ширина полосы пропускания которых составляет 1000 МГц. В результате по единой проводке можно передавать самые разнообразные сигналы телекоммуникационных служб, начиная от аналоговых телефонных сигналов 2,4 кГц и заканчивая телевидением высокой четкости. Для кабельного телевидения необходимы различные полосы частот: 862 МГц в Европе, 855 МГц в США и 765 МГц в Японии. При гарантированной ширине полосы в 1000 МГц кабель категории 7а / класса FA может применяться для поддержки функционирования этой разновидности аппаратуры и даже имеет определенные резервы. Согласно теоретическим расчетам, максимальная пропускная способность достаточна для поддержки функционирования 40-гигабитного Ethernet, который многими рассматривается как один из возможных вариантов следующего (после 10-гигабитного Ethernet) поколения этого сетевого стандарта. При столь высокой емкости категория 7а имеет значительно больший срок службы по сравнению с решениями категории 6а. Для подавляющего большинства предприятий это гарантирует отсутствие затрат на смену проводки на протяжении последующих 15 лет. За это время можно провести четыре или даже пять обновлений сетевой инфраструктуры, что выгодно отличает данное решение от обычных десяти лет службы и возможности не более трех-четырех модернизаций.

На межкабельные переходные влияния впервые обратили внимание при разработке оборудования Fast Ethernet. При практической эксплуатации проводки они возникали случайным образом. Однако реальной проблемой это стало при внедрении технологии Gigabit Ethernet, которая работала по кабельным трактам категории 5е или 6. Одним из способов ее решения стал отказ от формирования столь приятных глазу регулярных жгутов кабелей и переход к укладке «вразброс», что устраняет опасность параллельного прохождения кабелей на достаточно длительном участке. Явление переходной помехи вызвало самые большие трудности при разработке неэкранированных конструкций кабелей категории 6а. Для решения этой задачи были предложены интересные технические решения, в том числе спиралевидные разграничительные элементы под оболочкой и кабели с овальной формой поперечного сечения. Все эти нововведения были направлены на то, чтобы максимально увеличить расстояние между однотипными парами в соседних кабелях жгута и предотвратить их параллельную прокладку. Если системные администраторы хотят быть уверенными в том, что этого нежелательного явления удастся избежать, им следует рассмотреть возможность применения систем категории 7а / класса FA, конструкция кабеля которых предусматривает наличие индивидуального пленочного экрана вокруг каждой пары и общую оплетку из металлической проволоки. Единственной медножильной системой, проверенной на тестах серии Tempest американского правительства, что считается наилучшей гарантией защиты передаваемого сигнала от несанкционированного прослушивания с помощью новейших технических средств, пока остается решение категории 7а / класса FA компании Siemon. Проблема несанкционированного доступа к конфиденциальной информации становится все более актуальной для различных организаций, прежде всего финансовых учреждений.

2.8.2   Ограничения на длины кабелей и шнуров СКС.

Стандарты ISO/IEC 11801 и TIA/EIA 568-A устанавливают ограничения на максималь­ные длины кабелей и соединительных шнуров горизонтальной и магистральных подсис­тем. Дополнительно еще раз подчеркнем, что максимальные длины электрических кабельных линий для передачи сиг­нала указанного класса приведены для случая построения этих линий из симметричного кабеля и других компонентов с категорией не ниже указанной.

Длина кабеля горизонтальной подсистемы установлена равной 90 м (плюс 10 м на со­единительные шнуры). Выбор именно этого значения произведен, исходя из возможностей витой пары как направляющей системы электромагнитных колебаний передавать сигналы наиболее массовых (на момент принятия стандартов) высокоскоростных приложений типа Fast Ethernet. Учитывались достигнутый технический уровень элементной базы и приме­няемые схемотехнические решения приемопередатчиков современного сетевого оборудо­вания. Не последнюю роль при выборе именно этого значения максимальной длины игра­ли архитектурные особенности типовых офисных зданий. В случае реализации горизонтальной разводки на волоконно-оптическом кабеле длина кабельной трассы ограничена величиной 90 м из тех соображений, что она гарантированно позволяет выполнить ограничения протокольного характера сетей Fast Ethernet по макси­мальному диаметру коллизионного домена.

Основным назначением подсистемы внутренних магистралей является объедине­ние в единое целое технических помещений в пределах одного здания. Соответствен­но, максимальная длина кабеля такой магистрали устанавливается стандартами рав­ной 500 м.

Подсистема внешних магистралей, которая объединяет отдельные здания, со­гласно стандарту ISO/IEC 1801 может включать в себя кабели максимальной длиной 1500 м. Дополнительно оговаривается, что максимальная длина магистральных кабелей между кроссовой этажа и кроссовой внешних магистралей не может превышать 2000 м (500 м ка­беля внутренней и 1500 м кабеля внешней магистрали) при условии применения коммута­ционных и оконечных шнуров стандартной длины. В случае использования одномодового волоконно-оптического кабеля указанное значение может быть увеличено до 3000 м. При современном состоянии уровня волоконно-оптической техники с использованием обычной серийной аппаратуры это расстояние может быть равным 100 и более километрам. Однако при необходимости обеспечения связи на столь большие расстояния стандартами предполагается, что для пе­редачи информации будут использоваться линии и каналы связи общего пользования раз­личных телекоммуникационных операторов.

Длины коммутационных и оконечных шнуров зависят от выбранной схемы подключе­ния сетевого оборудования, типа среды передачи сигнала и подсистемы СКС, к которой относится данный конкретный шнур или их совокупность. Согласно стандарту ISO/IEC 11801 в редакции 2000 года максимальная суммарная длина кабелей шнуров в горизонталь­ной подсистеме составляет:

·   9 м в случае схемы коммутационного подключения для электрического кабеля;

·   10 м в случае схемы коммутационного соединения для электрического кабеля;

·   10 м при любой схеме подключения в волоконно-оптическом варианте.

Максимальная длина коммутационного шнура, применяемого в кроссовых магистральных подсистем (КЗ и КВМ), согласно стандарту ISO/IEC 11801 равна 20 м. Длина оконеч­ных шнуров, предназначенных для подключения сетевого оборудования в этих техничес­ких помещениях, не должна превышать 30 м.

3.   Структура центров обработки данных.

3.1 Общие положения.

ЦОД, или центр обработки данных, является выделенной сетью, которая обособлена от локальных и глобальных сетей. Он обычно служит для взаимодействия между собой устройств хранения данных, подключенных к одному или более серверам. ЦОД часто характеризуется высокими скоростями передачи данных (до нескольких Гб/с) между внешними устройствами хранения и своей высоко масштабируемой архитектурой. Также отличительной особенностью ЦОДа является наличие специализированного программного обеспечения для управления, контроля и настройки.

Общая структурная схема ЦОДа изображена на рис. 3.1.

 

Рис. 3.1. Общая структурная схема ЦОДа.

ЦОДы могут обеспечить много выгод. Централизация операций хранения данных и их управления – это одна из главных причин, почему технологии ЦОДа в настоящее время тщательно изучаются и получают широкое распространение. Администрирование всех ресурсов памяти на фоне высокого роста их объема может быть очень дорогим. ЦОДы могут существенно уменьшить трудности обработки большого количества данных и затраты на управление и при этом обеспечить существенные технические преимущества.

ЦОДы могут быть построены на высокоскоростных интерфейсах нескольких различных типов. Фактически, многие ЦОДы сегодня используют комбинацию различных интерфейсов. В настоящее время, технология Fibre Channel фактически служит стандартом, который используется в большинстве ЦОДов. Fibre Channel - это стандартизированное промышленное соединение и высокопроизводительный последовательный протокол ввода-вывода, который поддерживает одновременную передачу по многим протоколам и безразличен к типу передаваемых данных. Также следует заметить, что в качестве интерфейсы между внутренними компонентами элементов ЦОДа, таких как диски памяти и RAID контроллеры, часто используются как интерфейсы SCSI.

Обеспечение высокой производительности операций хранения, современная надежность и масшабируемость – это основные выгоды ЦОДа. Эффективность хранения ЦОДа может быть намного выше, чем в традиционном способе, когда внешнее устройство памяти напрямую присоединяется к компьютеру, в значительной степени из-за очень высоких скоростей передачи данных электрических интерфейсов, используемых для взаимодействия устройств в ЦОДе (таких как Fibre Channel).

Следует заметить, что производительность может также исходить из возможностей, обеспеченных гибкой архитектурой ЦОДа, таких как балансирование нагрузки и резервирование LAN-free. Даже надежность хранения может быть сильно расширена специальными особенностями, возможными в ЦОДе. Свойства, подобные избыточным путям ввода-вывода, кластеризации серверов и дублированию данных «на горячую» (локальному и/или удаленному), могут гарантировать доступность данных и приложений. Возможность добавления емкости памяти и других ресурсов хранения без необходимости останавливать серверы или сети клиента может быть легко достигнута благодаря технологии ЦОДа. Эти особенности могут сразу обеспечить большие сбережения стоимости, уменьшение отказов сети, безболезненное расширение памяти и уменьшение сетевой нагрузки.

Применяя выделенные и высокоскоростные сети для операций хранения и резервирования, ЦОДы могут быстро оправдать их использование. Выгрузка таких задач, как резервирование данных, из локальных и глобальных сетей, жизненно важна в сегодняшней информационной среде, где сетевые нагрузки и пропускная способность – это критические параметры, которыми организации оценивают свою собственную производительность и даже прибыль.

Как и многие информационные технологии, ЦОДы зависят от новых и развивающихся стандартов, чтобы гарантировать взаимную совместимость между своими компонентами. Аппаратное обеспечение ЦОДа, такое как концентраторы и коммутаторы Fibre Channel, контроллеры шин, мосты и системы хранения типа RAID, опирается на большое количество принятых стандартов, определяющих их совместимость.

Программное обеспечение ЦОДа, не менее важное, чем его аппаратное обеспечение, часто предоставляет многие из особенностей и выгод, благодаря которым ЦОДы приобрели известность. Программное обеспечение ЦОДа может обеспечить или запустить основополагающие особенности и возможности, включая:

· Управление ЦОДом.

· Контроль за ЦОДом

· Настройка ЦОДа.

· Управление избыточными путями ввода-вывода.

· Резервирование без участия сервера.

· Дублирование данных (локальных и удаленных).

3.2 Аппаратное обеспечение ЦОДа.

 

Состав аппаратных средств ЦОДа представлен на рис. 3.2.

 

Рис. 3.2. Состав аппаратных средств ЦОДа.

ЦОДы созданы из уникальных аппаратных компонентов. Эти компоненты сконфигурированы вместе, чтобы сформировать непосредственно сам ЦОД, и обычно включают в себя разнообразное оборудование. Системы хранения RAID, концентраторы, коммутаторы, мосты, серверы, резервирующие устройства, платы интерфейсов и кабели – всё объединяется, чтобы сформировать единую систему хранения, которая обеспечивает необходимые ресурсы, облегчающие функционирование организации.

Очень важно правильно выбрать аппаратные устройства и их конфигурацию для создания ЦОДа. Многие из стандартов, которыми регулируются ЦОДы, затрагивают способность к взаимодействию. Некоторые из этих стандартов все еще развиваются и не были одинаково приняты всеми изготовителями оборудования, используемого в ЦОДах. Это может привести к трудностям при совместном использовании устройств от различных производителей и поставщиков. С тех пор как ЦОДы для своей надлежащей работы стали зависеть от программного обеспечения, может быть жизненно важным предоставить информацию о последних версиях программного обеспечения (и встроенного программного обеспечения) и о потенциальных проблемах совместимости.

Тесная работа с компаниями, которые специализируются на дизайне, интеграции и реализации ЦОДов, может обеспечить большие выгоды. Эти фирмы обычно знакомы с последним программным обеспечением и оборудованием и могут ускорить процесс успешного развертывания технологии ЦОДа. Работая с другими продавцами, изготовителями и стандартами, эти специалисты в области ЦОДов могут гарантировать, что обещанные выгоды реализованы и успешно интегрированы в новую или в уже существующую информационную инфраструктуру.

3.2.1   Системы хранения данных RAID.

Самые современные ЦОДы включают в себя системы RAID как первичные устройства хранения данных. Эти системы стали сейчас высоко развитыми и определяют те важные особенности, которые ожидаются от современного ЦОДа. Прежде всего, системы RAID предлагают возможность защиты данных (отказоустойчивость) в случае выхода из строя некоторого компонента ЦОДа или пути ввода-вывода . Защита действует даже при выходе из строя основополагающих элементов, таких как дисководы. Дополнительно, посредством многочисленных методов data striping и конфигурации контроллера, сегодняшние системы RAID предлагают очень высокую производительность, емкость памяти, масшабируемость и жизнеспособность. Другие факторы надежности, доступные в сегодняшних системах RAID, включают в себя системы избыточного охлаждения, источники питания, контроллеры и даже мониторинг схем. Эти и другие особенности и характеристики, вносят решающий вклад в высокую доступность данных в ЦОДе. Современные системы RAID могут даже разрешить прямое подключение оборудования резервирования, таким образом, облегчается резервирование типа LAN-free и даже резервирование типа serverless, а также дублирование данных.

Корни технологии RAID можно проследить, оглянувшись назад до 1987, когда Паттерсон, Гибсон и Катц в Университете Калифорнии в Беркли издали статью, озаглавленную как «A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID)». Идеи, представленные и объясненные в статье, повествовали об объединении множества маленьких недорогих дисководов в массивы с целью предоставить возможности, которые не могли поддерживать отдельные диски. Эти новые возможности выражались в улучшающейся производительности ввода-вывода и автоматического сохранения содержания дисков в течение и после выхода из строя диска или другого компонента.

Эти массивы дисков представлены компьютеру как отдельный логический модуль памяти (LUN) или диск. Дополнительные выгоды от использования массивов дисков включают в себя способность делать эти массивы отказоустойчивыми путем избыточного сохранения данных различными способами. Пять архитектур, уровни RAID от 1 до 5, определенные работой Беркли, обеспечивают отказоустойчивость при помощи различных компромиссов в особенностях и характеристиках работы диска. В целом, эта идея должна была улучшить надежность системы хранения, значительно увеличивая среднее время между отказами (MTBF) для массива и резко улучшать производительность системы хранения. Шестой, общий тип архитектуры RAID, RAID 0, был впоследствии определен как тип, позволяющий существенно улучшить производительность операций ввода-вывода на массиве, но он не обеспечивает никакой защиты данных при аппаратном сбое диска. Несмотря на это, использование массивов RAID 0 способно принести очень существенную пользу. Массивы RAID 0 идеальны для приложений, которые требуют самую высокую пропускную способность, какая только возможна. Обратите внимание, что эти приложения должны быть способны допустить возможную потерю данных, и прерывание обслуживания, если диск или другой компонент в массиве выходит из строя.

3.2.2   Коммутаторы, концентраторы и мосты.

Разработка и развертывание технологий ЦОДа вовлекают в себя все больше специализированного оборудования взаимосвязи. В эту категорию часто попадают концентраторы, коммутаторы и мосты Fibre Channel. Эти аппаратные средства отвечают за объединение всех внешних устройств хранения данных между собой, например, систем RAID, устройств записи на ленту и серверов в ЦОДе.

Эти устройства взаимосвязи несколько похожи на своих «коллег» из локальных сетей. Они выполняют такие функции, как обмен кадров с данными, преобразование интерфейсов и сред (т.е. от меди к оптической среде, от интерфейса Fibre Channel к интерфейсу SCSI), расширение сети, повышение полосы пропускания, и они также позволяют параллельную передачу данных. Сейчас потребители, вовлеченные в проектирование и организацию своих локальных и глобальных сетей, все больше и больше внимания обращают на блоки, из которых собирается ЦОД, чтобы создать свои собственные решения на их основе.

Концентраторы и коммутаторы Fibre Channel, мосты FC – SCSI – это строительные компоненты, с помощью которых администраторы смогут построить системы резервирования на основе ЦОДа, осуществить кластеризацию серверов, увеличить полосу пропускания, продлить расстояния передачи и дать им другое применение, требуемое современными запросами в технике. Выбор соответствующих компонентов для применения их по назначению требует понимания того, что каждый из них может сделать. Когда, например, коммутатор является лучшим решением, чем концентратор? Когда коммутаторы и концентраторы должны использоваться в комбинации? Нет универсальных ответов на эти вопросы, но понимание архитектуры и способностей коммутаторов, концентраторов и мостов обеспечит знание для того, чтобы сделать правильный выбор при проектировании ЦОДа.

3.2.2.1   Концентраторы Fibre Channel.

Концентратор Arbitrated Loop подобен по функциях концентратору в сети Ethernet или Token Ring. Концентраторы проектировались в ответ на проблемы, которые возникли, когда Arbitrated Loop были построены путем простого соединения передающих линий одного устройства с принимающими линиями другого.

Такая рукотворная шлейфовая организация связей между тремя или более устройствами пригодна, чтобы сделать закольцованный путь передачи данных или петлю, но создает существенные проблемы при устранении неисправностей и добавлении или удалении устройств. Например, при добавлении нового устройства всегда будет нарушена вся петля, поскольку в нее добавляются новые связи. Если кабель рвется, или приемопередатчик выходит из строя, то чтобы идентифицировать неисправную связь, необходимо исследовать все кабели и соединения между всеми устройствами.

Концентраторы решают эти проблемы, свертывая топологию петли в конфигурацию звезды. Так как каждое устройство связано с центральным концентратором, концентратор становится центром добавлений, перемещений или изменений в сети. Концентраторы Arbitrated Loop обеспечивают схему обхода порта, которая автоматически перенастраивает петлю, если устройство удалено, добавлено или неисправно. Прежде, чем новому устройству будет позволено встать в петлю, концентратор, как минимум, проверит его и проверит качество его сигнала. Устройства с низким качеством сигнала, или несоответствующей тактовой частотой, будут оставлены в режиме транзитной передачи и позволят другим устройствам в петле продолжать работать без сбоя. На концентраторах обычно устанавливаются светодиоды для каждого порта, которые наглядно отображают статус оборудования: подключено, в режиме обхода или наличие плохой связи. Эти особенности обеспечивают намного более динамичную среду, в которой проблемы могут быть идентифицированы с большим удобством, особенно когда устройства могут быть подсоединены к включенному оборудованию или отсоединены без сбоя физического уровня.

Порт концентратора может быть изготовлен или под электрический или под оптический ввод. Эта возможность очень полезна при проектировании или конфигурирования сети. Например, если было бы желательно расположить концентратор на некотором расстоянии от сервера, то оптическое подключение (длинноволновое или коротковолновое) могло бы использоваться между сервером и концентратором, в то время как медные подключения могли использоваться между концентратором и локальными контроллерами. Концентраторы могут быть расположены каскадом, чтобы обеспечить дополнительные порты для обеспечения большего количества связей.

Реальная топология фрагмента сети с концентратором Arbitrated Loop представлена на рис. 3.3.

 

Рис. 3.3. Топология концентратора Arbitrated Loop.

 

3.2.2.2   Коммутаторы Fibre Channel.

Коммутаторы Fibre Channel значительно более сложны, чем петлевые концентраторы Arbitrated Loop и в дизайне и в функциональных возможностях. В то время как концентратор – это просто проводной концентратор для общедоступного сегмента сети скоростью 100 Мб/с, то коммутатор обеспечивает высокоскоростной механизм маршрутизации и скорости передачи данных до 100 Мб/с для каждого порта. Кроме специальных функций управления, концентраторы обычно не участвуют в деятельности технологии Fibre Channel на уровне протоколов в отличие от коммутатора, который принимает очень активное участие в сеансах связи по Fibre Channel, он одновременно следит за службами, которые обеспечивают сеанс и наблюдает за потоком кадров между отправителями и адресатами в каждом порту. Обеспечение служб сеанса связи, скорость передачи данных в 100 Мб/с на каждый порт и расширенная логика, требуемая для распределения потов информации, сохраняют изначально высокую стоимость порта у коммутаторов первого поколения. Коммутаторы второго поколения, основанные на ASIC (специализированных интегральных схемах), фактически уменьшили стоимость порта больше, чем в половину. Это переносит коммутаторы Fibre Channel в пределы досягаемости сетей больших предприятий.

Также существует технология Fibre Channel Arbitrated Loops (FC-AL). Она представляет собой последовательные интерфейсы, которые создают логические двухточечные подключения между портами с минимальным числом приемопередатчиков и без функции централизованного переключения. Однако полная пропускная способность включения FC-AL поделена между всеми портами в петле. FC-AL поэтому является решением с более низкой стоимостью. Следует заметить, что только единственная пара портов в петле может передавать одновременно, в то время как другие порты в петле действуют в качестве повторителей.

Топология фрагмента сети с коммутатором представлена на рис. 3.4.

 

Рис. 3.4. Топология коммутатора.

 

 

 

 

 

 

 

3.2.2.3   Мосты Fibre Channel – SCSI.

Мосты Fibre Channel – SCSI обеспечивают преобразование между этими двумя различными электрическими интерфейсами и поэтому позволяет IT-менеджерам увеличить инвестиции в существующие запоминающие устройства типа SCSI, и при этом получить всё преимущество от выгод, свойственных технологии Fibre Channel. Эти устройства обычно используются, чтобы подключить сети Fibre Channel к унаследованным внешним устройствам хранения данных, таким как системы резервирования на магнитную ленту.

Так как самые современные ЦОДы связаны между собой при помощи Fibre Channel и так как много устройств резервирования используют интерфейсы SCSI, то часто требуется мост между ними. Существует много производителей мостов, но очень важно подтвердить совместимость моста с выбранным резервным устройством перед попыткой собрать их вместе или закупить. Эта проблема в ЦОДах имеет много протестов и часто является областью, где выгода извлекается из прямого опыта. Консультанты, продавцы оборудования, и провайдеры ЦОДов могут быть превосходными источниками для информации о такого рода совместимости.

3.3 Системы резервного копирования.

 

Структурная схема системы резервного копирования данных представлена на рис. 3.5.

 

Рис. 3.5. Структурная схема системы резервного копирования данных.

 

Одна из особенностей архитектуры ЦОДа, позволяющая экономить средства, – это ее способность осуществлять операции резервного копирования от серверов локальных сетей. Эта возможность может значительно увеличить величину пропускной способности ЛВС для сетевых клиентов и оконечных пользователем во время операций резервного копирования. Когда серверы серверов локальных сетей освобождены от задач перемещения данных, они становятся доступными для использования в других целях.

Системы резервирования типа LAN-free и serverless оптимизируют операции резервного копирования, выгружая трафик резервных данных из ЛВС, таким способом увеличивается величина пропускной способности ЛВС для оконечных пользователей. Резервирование типа serverless еще больше увеличивает производительность, удаляя из более, чем 90 процентов административной работы, выполняемой сервером локальной сети, т.е. работы по резервному копированию данных. Это достигается путем включения некоторых из сведений о резервном копировании в сам ЦОД или путем обеспечения непосредственной прямой связи между внешними устройствами. Это может значительно освободить серверы локальной сети, освобождая их от большого объема администрирования и рутинного перемещения данных. Использование систем резервирования, основанных на ЦОДах, позволяет администраторам оптимизировать использование сети и серверов.

Традиционное резервирование заставляет прикладной сервер, сервер резервирования и ЛВС работать только в собственных целях. Следовательно, как объем сохраняемых данных растет, так и время и ресурсы сети, необходимые для их хранения, тоже растут. Теперь, когда предприниматели и организации приблизились к необходимости круглосуточной работы, задачи резервирования сравнимы с деловыми задачами, критичными ко времени обслуживания и сетевым ресурсам. Неизменно, это вызывает перегрузку сети и может закончиться замедлением и даже остановкой производства.

При операциях резервирования типа serverless ведущие компьютеры сети (серверы) не обрабатывают резервируемые данные самостоятельно. Вместо этого они просто управляют и контролируют резервирование без как такового перемещения информации. Резервируемые данные копируются непосредственно с диска на ленту или с диска на диск внешними устройствами ЦОДа, которые используют для этого заключенные в себя сведения. Эти сведения могут быть произвольно расположены даже в других компонентах ЦОДа, таких как концентраторы и коммутаторы Fibre Channel. Освобожденные от бремени рутинной транспортировки данных, ресурсы сервера локальной сети могут быть возвращены к более производительному использованию. Или, другими словами, сервер накопления или сервер резервирования делегированы в роли координатора процесса резервного копирования, а не «перемещателя» данных.

Для сравнения, в простых операциях резервирования типа LAN-free трафик резервируемых и восстанавливаемых данных удален из ЛВС, но все еще течет через сервер управления, так как данные все-таки перемещаются между хранилищем и устройствами, подлежащими резервированию. Выгода все еще ценна, так как пока трафик резервируемых данных удален из ЛВС, сокращается нагрузка на сеть. Однако только резервирование типа serverless освобождает сервер управления, перенося задачи перемещения данных на сильные внешние устройства.

Сейчас сильные внешние устройства могут осуществлять большую часть резервного копирования данных, поддерживая более новые технологии и API, такие как «команда расширенного копирования», которые позволяют перемещать данные между запоминающими устройствами по разным шинам. Сервер резервирования отдает команду «перемещателю» данных в ЦОДе и затем устраняется от фактического перемещения данных. Цепочка, по которой перемещаются данные, состоит только из источника, адресата и устройств ЦОДа. Ограничения, связанные с памятью, вводом-выводом и работой центрального процессора резервного сервера, устранены, так как данные перемещаются через высокоэффективное устройство копирования, которое оптимизировано для транспортировки. Логика здесь довольно очевидна, сервер резервирования освобождается для других критических деловых задач, что способствует его консолидации. Больше нет необходимости устанавливать выделенный сервер резервирования. Также следует заметить, что операции резервного копирования могут происходить намного быстрее по сетям с более высокими скоростями, например, построенных на технологии Fibre Channel.

Системы резервирования типа serverless могут также обеспечить дополнительные сбережения стоимости, устраняя дорогие высокопроизводительные серверы. Другое уникальное преимущество в архитектуре резервирования такого типа – это ее способность направлять одни и те же данные к нескольким ленточным библиотекам или другим адресатам одновременно, даже если они географически отдалены друг от друга, без потребности физически копировать и перемещать ленты, что является важным преимуществом в случае экстренного восстановления.

3.3.1 Аппаратное обеспечение систем резервного копирования.

С точки зрения аппаратного обеспечения, оборудование резервного копирования данных, используемое в ЦОДах, по сути то же самое, что и используется в общепринятых конфигурациях. Различия в том, какими интерфейсами эти устройства связаны со своими ведущими серверами и системами хранения пользователя.

При рассмотрении или разработке систем резервирования типа serverless важно обратить внимание, что некоторые из этих производителей предлагают мощные мосты, включающие в себя встроенные функции копирования. Как было упомянуто выше, эти особенности требуются для правильной работы резервирования типа serverless. На практике, маленькие приложения, выполняющиеся на выбранном сервере, дистанционно активизируют и дают инструкции программам-агентам, а затем «сидят» и контролируют процесс, пока мощный мост, или подобное ему устройство, перемещает данные.

Эти программы-агенты, в том числе и встроенные, могут быть найдены даже в некоторых коммутаторах и концентраторах Fibre Channel. В некоторых компаниях разработали специальные программы, которые могут быть загружены в эти модули, чтобы дать им возможности независимого копирования. При всех этих доступных вариантах нужно видеть важность очень тщательного подбора компонентов. Первое время пользователи ЦОДа будут иметь желание проконсультироваться со специалистами перед покупкой данного оборудования для применения его в системе резервного копирования.

Хотя системы резервного копирования данных на основе ЦОДа обычно используют библиотеку накопителей на магнитных лентах, ее сервер и дисковую память, соединенные вместе инфраструктурой Fibre Channel, становится обычным включать в них поддержку копирования с диска на диска. С сегодняшней информационной политикой, требующей удаленного дублирования сайта, понятие резервного копирования данных теперь может означать намного больше, чем только создание лент. Оно может включать в себя дублирование данных на местные или удаленные диски через глобальные сети и резервирование с диска на диск, что позволяет приспособиться к автономной обработке данных в современном информационном мире.

3.4 Программное обеспечение ЦОДа.

Задачи и функции специализированного программного обеспечения ЦОДа проиллюстрированы на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Функции программного обеспечения ЦОДа.

Сейчас более чем когда-либо прежде, программное обеспечение играет жизненно важную роль в успешном развертывании ЦОДов. Большая часть технологий, и многие из особенностей, обеспечиваемых ЦОДами, фактически внедрены в их программное обеспечение. Выбор и настройка программных компонентов очень важны и должны аккуратно выполняться всегда, начиная от управления томами и до резервирования типа serverless.

Много компаний предлагают широкое разнообразие программных продуктов и решений, которые специально предназначены для увеличения эффективности, доступности данных и управляемости ЦОДов. Некоторые из этих решений были разработаны компаниями для конкретных «линеек» систем хранения данных. Другие предложения более универсальны и открыты и сделаны для очень широкого диапазона требований пользователей и оборудования.

3.4.1   Программное обеспечение управления ЦОДом.

В настоящее время и проектирование и реализация ЦОДов могут быть довольно сложными задачами. Это происходит из-за проблем, касающихся их конфигурации, распределения ресурсов и контроля. Эти трудности привели к потребности осуществлять более активное управление самими ЦОДами, их клиентскими серверами и объединенными ресурсами. Хотя несколько ранее в своем развитии, программное обеспечение управления ЦОДами много заимствовало из идей, функций и выгод, которые были доступны и развиты в традиционных локальных и глобальных сетях, но новые потребности привели к новой категории программного обеспечения.

Было бы идеально, если б программное обеспечение управления было универсально и работало с любым ЦОДом. Но в сегодняшней обстановке, когда существует большое количество продавцов ЦОДов и разнообразие аппаратных компонентов, это программное обеспечение часто бывает частным, то есть привязанным к конкретным изделиям и продавцам. Пока такое положение только начинает меняться, и это все еще означает, что программное обеспечение управления ЦОДами должно выбираться с большой аккуратностью и изучением изготовителей оборудования ЦОДов, платформ операционных систем, встроенного программного обеспечения, клиентских приложений и даже другого программного обеспечения, которое можно запустить в ЦОДе. До тех пор пока программное обеспечение управления ЦОДами не станет универсальным, будет весьма важно и даже жизненно необходимо тесно сотрудничать с поставщиками оборудования, чтобы достичь лучших результатов и больших выгод при управлении ЦОДом.

При выборе программного обеспечения управления ЦОДа важно и нужно задать много вопросов, касающихся его применения. Спросите о поддерживаемых операционных системах, о проблемах совместимости с оборудованием других производителей, о любых ограничениях, которые могут накладываться в особенных случаях, и немного поинтересуйтесь самими компонентами, которые установлены или будут установлены в ЦОДе. Даже при получении ЦОДа, полностью собранного одним единственным поставщиком, все равно благоразумно задать эти же вопросы, особенно, связанные с совместимостью.

Понятие «управление» часто имеет разный смысл для разных людей. Сетевой администратор, например, заинтересован только транспортировкой данных или надежным перемещением информации пользователя от одного пункта в другой. Поэтому сетевой администратор обеспокоен такими проблемами управления, как использование пропускной способности, обеспечение избыточных связей в сети с ячеистой топологией, чтобы гарантировать альтернативные пути для данных, поддержка большого числа протоколов, безошибочная доставка, и так далее. Одним словом, сетевой администратор заинтересован в получении данных от А до B и обычно не знает том, что случается с данными, как только они достигают пункта назначения.

Администратор хранилища, с другой стороны, менее обеспокоен транспортировкой данных, чем их организацией и размещением, как только они достигает своего пункта назначения. Уровни RAID, целостность файлов, резервное копирование на магнитную ленту, использование дисков, и так далее – это повседневная «головная боль» администратора хранилища. Управление хранилищем предполагает, что данные достигли точки B неповрежденными и затем решается, как они должны быть записаны, на диск или на магнитную ленту.

Такие различные взгляды на администрирование сходятся в ЦОДе с тех пор, как надлежащее функционирование центров обработки данных потребовало как управления транспортировкой данных, так и управления размещением данных. Вводя работу с сетями между серверами и памятью, ЦОД вынуждает традиционное управление хранилищем расширить свои возможности, чтобы можно было поддерживать сетевое администрирование, а также ЦОД поощряет расширение досягаемости традиционного сетевого управления в вопросах размещения и организации данных. Следовательно, структуры сетевого управления включают в себя утилиты управления хранилищем для ЦОДа, в то время как поставщики программного обеспечения в свою очередь включают в свои продукты модули, которые могут контролировать транспорт Fibre Channel в сети.

Интеграция функций управления сетью и управления хранилищем – уникальный результат эволюции ЦОДов, она подтверждает переход от модели, в центре внимания которой был сервер, к модели, в центре внимания которой данные.

В идеале, решение развертывать управляемый или неуправляемый ЦОД должно быть определено его применением. Если ЦОД может потенциально противостоять сбоям из-за неисправности сети, то налагаются меньшие требования на дополнительные возможности управления. Однако во многих ранних инсталляциях ЦОДов по умолчанию были установлены неуправляемые конфигурации или из-за недостатка управляемых компонентов, или в предположении, что маленькие ЦОДы не требуют управления. Некоторые из этих ранних инсталляций продолжают выполнять критические приложения, пытаясь при этом компенсировать недостаток управления путем представления избыточных путей для данных. Однако такое решение не заменит управления. В отсутствие управления может быть незамечен отказ маршрута резервирования, что приведет к отказу всей системы, если отключился основной маршрут.

Информационные сети и сети предприятий так зависят от непрерывного доступа к данным, что бывает трудно осуществить даже запланированные изменения в сети и соблюсти график резервного копирования на магнитную ленту. Часто в маленьких ведомственных инсталляциях, выполненных одним производителям, время, потраченное на определение и устранение простой проблемы, может привести к недопустимому сбою оконечных пользователей.

Без инструментов, способных быстро определять и изолировать проблемы, среднее время восстановления медленно увеличивается, заполняя промежуток между начальными признаками поломки и всеми ремонтными процессами, требуемыми для поиска и, наконец, устранения неисправного кабеля, приемопередатчика, контроллера шины или ошибку приложения. Получать оценку возможностей управления подобным способом крайне нежелательно.

3.5 Кластеризация серверов.

Применительно к ЦОДу понятие кластеризация серверов обычно относится к группированию серверов с целью увеличения их производительности и обеспечения защиты от отказов при неустойчивой работе одного из серверов. Непрерывная доступность данных и приложений в течение и после отказа сервера – это основная выгода от архитектуры кластеризации серверов в ЦОДе.

Хотя серверы могут быть сгруппированы вместе вне пределов ЦОДа, есть много выгод, связанных с группированием их именно внутри ЦОДа в качестве его части. Эти выгоды заключаются в общем доступе к дискам и системам резервного копирования на магнитную ленту, в более высокой производительности дублирования, в улучшенной масшабируемости памяти и в расширении доступности ресурсов. Это возможно, благодаря преимуществам, которые свойственны системам хранения на основе ЦОДа.

Во многих случаях, специализированное программное обеспечение, применяемое в серверных кластерах, может даже вернуть сервер назад в кластер, в случае если он восстановлен и снова готов работать как прежде. Другие программы могут даже разделять прикладные задачи между серверами в кластере, чтобы резко поднять производительность системы и уменьшить время реакции.

Кластеризация серверов может быть очень ценна в плане восстановления после отказа. В этих случаях сгруппированные серверы можно было бы присоединить к глобальной сети взамен прямого подключения к интерфейсам ЦОДа, чтобы обеспечить покрытие достаточного географического расстояния. Однако такие, удаленно подключенные серверы могли бы подключаться еще и к локальным ЦОДам в месте их расположении, а эти ЦОДы в свою очередь могли бы включить в себя еще и дополнительные сгруппированные серверы.

Термин «кластеризация» имеет несколько значений в информационных технологиях. Во всех случаях под понятием «кластеризация» понимается любая ситуация, в которой большое число серверов совместно используют данные или выполняют одну и ту же задачу.

В атмосфере современного бизнеса и электронной коммерции все больше и больше пользователей критически зависят от своих информационных ресурсов. В результате, они требуют, чтобы эти ресурсы всегда были доступны. Выход из строя любого ресурса может иметь серьезные деловые значения, включая потерянный доход и потерянный бизнес. Экстремальный случай, когда выйдет из строя целая система, может заставить закрыть бизнес. Стоимость одного часа простоя системы может находиться в пределах от десятков тысяч долларов до нескольких миллионов долларов в зависимости от характера бизнеса. Поэтому многие пользователи требуют, чтобы их системные ресурсы были непрерывно доступны, т.е. они должны быть доступными 24 часа в сутки, 365 дней в году. Для многих предпринимателей стали важными технологии, которые поддерживают компьютерные системы с высокой степенью доступности.

Кластеризация – это ключевая технология, которая активирует непрерывную доступность данных и приложений. Кластер – это совокупность нескольких законченных систем, работающих вместе с целью создать одну систему с объединенной вычислительной мощностью. Перспективным для оконечного пользователя является тот факт, что кластер работает так, как если бы это была отдельная система. Задача может быть распределена среди множества систем, работающих в кластере. Вывод из строя любой отдельной части кластера (запланированный или незапланированный) не будет прерывать предоставление услуги пользователю. Пользовательские процессы могут быть даже относительно прозрачно перенесены из одной системы в другую в пределах кластера.

Архитектура ЦОДа также может приспосабливаться к многомерному росту. Особые технологии управления хранилищем могут гарантировать возможность непрерывного увеличения емкости памяти, таким образом, серверы приложений всегда имеют память такой емкости, в которой они нуждаются. ЦОД также облегчает добавление новых серверов, если необходима большая производительная мощности, при этом каждый сервер имеет доступ к хранимым данным. На ЦОДе может быть создано множество копий данных для более эффективного обращения к ним, так устраняется ненадежность, свойственная отдельному диску.

3.6 Дублирование данных.

Дублирование данных очень выгодно в современных информационных технологиях. Например, это может позволить системным администраторам создавать и управлять многочисленными копиями важной деловой информации внутри глобального предприятия. Это может максимизировать устойчивость работы предприятия, позволяя восстанавливаться после отказа, распространять содержимое файлового сервера в Интернете, улучшать производительность ведущих узлов путем перемещения данных на вторичные серверы для резервирования. Дублирование данных применяется все чаще благодаря архитектуре ЦОДа, отличающейся высокой доступностью данных.

Копирование данных с одного сервера на другой или с одной системы хранения данных на другие может быть осуществлено по-разному. Традиционно, для размещения информации организации использовали технологии на основе магнитной ленты. Однако во многих организациях, которые строили свою коммерческую деятельность на информационной инфраструктуре, возрастал спрос на мгновенный доступ к информации. До пор пока еще устойчивы системы восстановления и размещения данных на основе магнитной ленты, организации не смогут использовать модель мгновенного доступа к информации. Многие организации дополняют или заменяют свои уже существующие системы размещения данных и восстановления на системы онлайнового дублирования.

Дублирование информации обычно производится одним из двух основных способов:

1.   Дублирование памяти состоит в «оптовом» перемещении файлов или блоков с данными с одного сервера на другой или несколько других. Дублирование памяти не зависит от приложений, которые копируются. Это означает, что множество приложений может быть запущено на основном сервере и одновременно копироваться на дополнительный сервер.

2.   Дублирование на прикладном уровне специализировано для конкретных приложений таких, как базы данных или web-сервера, и обычно происходит по непосредственной команде самого приложения. Если на одном и тот же сервере запущено множество приложений, то дублирование на прикладном уровне должно применяться к каждому приложению индивидуально.

Удаленное дублирование памяти может быть осуществлено или на уровне массивов данных или на уровне центрального процессора:

1.   Дублирование памяти на уровне массивов или аппаратным способом означает, что данные копируются с одного дискового массива на другой, аналогичный по типу и модели. Чтобы соединить два массива обычно требуется выделенный канал, такой как ESCON (Enterprise Systems Connection), и может также потребоваться множество других аппаратных частей, таких как мосты памяти.

2.   Дублирование памяти на уровне центрального процессора осуществляется программным обеспечением и не зависит от использования дисковых массивов. Это дублирование выполнено на стандартных протоколах типа TCP/IP поверх существующей сетевой инфраструктуры типа ATM.

Независимо от того, выполнено ли дублирование памяти на уровне массивов или на уровне центрального процессора, оно работает в одном из двух режимов

1.   Синхронное дублирование. При синхронном дублировании данные должны быть переданы получателю прежде, чем операция записи завершится на ведущей системе. Это обеспечивает самый высокий из возможных уровень потока данных для получателя, так как в любой момент времени он будет иметь точно такие же данные, что и источник. Однако синхронное дублирование может привести к задержкам при работе источника, особенно если между источником и получателем медленное сетевое подключение. Некоторые системы комбинируют синхронное и асинхронное дублирование, резко переключаясь на асинхронное дублирование, когда возникают неполадки, и затем возвращаясь к синхронному, когда коммуникационные проблемы решены.

2.   Асинхронное дублирование. При использовании асинхронного дублирования, источник не ждет подтверждения от получателя и продолжает передавать информацию. Программы могут кэшировать данные и посылать их партиями в течение периодов, когда сеть доступна.

3.7 Управление томами и файловой системой.

Одна из многих полезных и часто рекламируемых особенностей ЦОДа – это его простая масшабируемость. Но в то время как технологии ЦОДа, действительно, делают довольно простым добавление физических устройств, важно понимать, что простое добавление аппаратных ресурсов к ЦОДу не подразумевают, что его пользователи и их операционные системы или другие элементы ЦОДа смогут автоматически распознают их. Это особенно сильно проявляется при наращивании емкости памяти ЦОДа.

Большинство ЦОДов объединяет несколько типов аппаратных средств хранения данных. Обычно это оборудование представлено системами хранения типа RAID и JBOD. Самый простой способ повысить емкость памяти состоит в добавлении дополнительных дисководов к системам RAID и JBOD в ЦОДе. И пока системы RAID будут автоматически обнаруживать эти дополнительные дисководы, они не будут распространять на них изначально созданные файловые системы прежде, чем пополнится объем дисковой памяти. Фактически, большинство клиентских серверов ЦОДа и их операционные системы ничего автоматически не станут делать с дополнительно добавленной емкостью. Простая причина этого состоит в том, что пока емкость памяти увеличивается путем добавления дополнительных аппаратных элементов (дисководов), файловые системы, которые были сформированы в системе хранения прежде, чем начали добавлять дополнительные диски, не будут сами собой распространяться на новое дисковое пространство. Нужна определенная помощь от специализированного программного обеспечения, способного управлять томами и файловой системой. Это особенно сильно проявляется при расширении систем JBOD. Как только емкость памяти увеличена или путем расширения систем RAID, или путем расширения систем JBOD, администратор должен вручную воспользоваться утилитами операционной системы, выполняющейся на клиентском сервере ЦОДа, чтобы или подготовить или создать новые файловые системы на добавленных устройствах в системах JBOD или на добавленном пространстве LUN в системах RAID.

Но проблема возникает со многими, если не со всеми, немодифицированными операционными системами, когда желательно просто пополнить или добавить новую дополнительную емкость к уже существующим томам или файловым системам. В идеале, ранее существовавшие файловые системы нужно стереть и затем заново их создать, чтобы подключить новую память. Существует программное обеспечение способное «незаметно» увеличивать емкость памяти и в томах и в файловых системах. Фактически, такое программное обеспечение может выполнить это расширение прозрачно и даже без потребности демонтировать файловые системы или останавливать серверы.

Другая свойственная многим ЦОДам особенность – это способность разрешать совместное использование всей памяти множеству серверов, даже если эти серверы работают под различными операционными системами. Это означает, что память отдельной системы хранения может быть разделена между различными серверами или исключительно назначена одному из них. Но, пожалуйста, обратите внимание на то, что это совместное использование относится к памяти, доступной системе хранения, а не к данным, содержащимся в ней. Здесь также нужно заметить, что для совместного использования данных, расположенных в общедоступной памяти, почти всегда требуется специальное программное обеспечение, особенно, если данные должны быть разделены между серверами, работающими под различными операционными системами.

Даже в случаях, когда системы хранения используются без файловых систем, такие как некоторые прикладные базы данных, все еще можно добавлять память без остановки серверов. Все, что для этого нужно, – установить необходимое программное обеспечение для управления соответствующими приложениями.

Наряду с особенностями, изложенными выше, программное обеспечение управления томами и файловыми системами может обеспечить другие многочисленные возможности в пределах ЦОДа. Некоторые из этих предложений включают в себя программное обеспечение, способное создавать тома RAID на системах JBOD, изменять уровни RAID «на лету», формировать большие непрерывные логические тома их отдельных дисков или систем RAID, и осуществлять открытое управление файлами.

3.8   Особенности структурированной кабельной системы для ЦОД.

Область использования СКС для ЦОД предопределяет значительное снижение требований к универсальности. Для кабельной системы такого типа удобство коммутации проводки не является обязательным, поскольку она не предназначена для обслуживания пользователей, часто меняющих свои рабочие места. Вместе с тем, центры обработки данных имеют очень жесткие ограничения по занимаемой площади. Перечисленные особенности оказывают прямое влияние на применяемые в СКС технические решения. С сокращением размеров ЦОД все более компактными становятся и компоненты проводки.

Нынешние панели занимают в шкафу минимум места. Именно в ЦОД стали широко применяться панели, плотность которых близка к теоретической — 48 портов на 1U высоты. Другим способом увеличения плотности портов является отказ от классического горизонтального организатора. Это порождает ряд интересных решений в виде угловых панелей, когда кабель сразу уводится в вертикальный организатор, благодаря чему монтажное пространство не расходуется на установку вспомогательных компонентов. Однако в этом случае кроссировка будет затруднена. И хотя компания Panduit предлагает специальный инструмент, который упрощает работу с 48-портовыми панелями, это решение оптимально лишь для объектов, где переключения происходят не очень часто.

Использование схем высокой плотности позволяет на 23% экономить площадь помещения. Кроме того, меньшее число системных компонентов дает возможность на 43% сократить время на инсталляцию. Также сократить сроки инсталляции можно, задействуя претерминированные решения, которые предлагают многие производители. Претерминированные кабельные системы тестируются на заводе, поэтому не надо тратить время на их проверку на объекте инсталляции. Экономия времени может оказаться весьма существенной, если учесть, что, например, на тестирование одного медножильного тракта для сети со скоростью передачи данных до 10 Гб/с уходит около 45 минут.

Очень полезным для ЦОДов может оказаться решение по организации коммутационных центров без коммутационных шнуров. Для этого используются коммутационные панели с переключателями, которые обеспечивают соединение верхнего и нижнего порта панели, заменяя обычный коммутационный шнур. Нет коммутационных шнуров, нет и связанных с ними проблем — никто случайно не выдернет чужой шнур, из-за повреждения вилки не нарушится контакт и т. п., — а значит, повышается надежность физической инфраструктуры. Еще одно удобное для ЦОДов решение — коммутационные панели, оборудованные разъемами RJ-45 не только с фронтальной, но и с задней стороны. Их использование значительно упрощает подключение активного оборудования к задней стороне панелей.

Согласно статистическим данным, основной источник сбоев в работе ЦОДов (57% отказов) связан с человеческими ошибками на стадии проектирования, монтажа и обслуживания оборудования. К слову, из-за перегрева оборудования в ЦОДах случается только 22,3% отказов. Исключить ошибки персонала нельзя, но их можно минимизировать. Это позволяют сделать решения с избыточными характеристиками, качественная система управления кабелями и шнурами, четкая идентификация и маркировка кабелей, портов и шнуров, а также упрощение методики монтажа компонентов.

Горизонтальная проводка, будучи частью телекоммуникационной кабельной системы ЦОД, ограничена местом разделки кабеля в пункте размещения оборудования и горизонтальным коммутационным подключением в распределительном пункте горизонтальной подсистемы или главным коммутационном подключением в главном распределительном пункте. В состав горизонтальной проводки входят горизонтальные кабели, установленные разъемы, коммутационные кабели или перемычки. Кроме того, она может содержать точки консолидации в зональных распределительных пунктах. Горизонтальная проводка прокладывается по топологии звезда. Каждое соединение в распределительном пункте оборудования должно быть подключено к горизонтальному коммутационному подключению в распределительном пункте горизонтальной подсистемы или — через горизонтальный кабель — к главному коммутационному подключению в главном распределительном пункте. Горизонтальная проводка не должна содержать больше одной точки консолидации в зональном распределительном пункте между коммутационным подключением в распределительном пункте горизонтальной проводки и местом разделки кабеля в пункте размещения оборудования.

Магистральная проводка соединяет главный распределительный пункт, распределительный пункт горизонтальной подсистемы и узлы ввода. Магистральная проводка состоит из магистральных кабелей, главных коммутационных подключений, разъемов, коммутационных кабелей или перемычек, используемых для коммутационных подключений между магистральными линиями. Магистральная проводка также должна иметь топологию звезда, когда каждое подключение от распределительного пункта горизонтальной проводки проложено напрямую к главному кроссу в главном распределительном пункте. В магистральной проводке не допускается более одного иерархического уровня коммутационного подключения.

Наличие магистрального коммутационного подключения не обязательно. Когда магистральная коммутация не используется, кабельная линия, идущая от главного кросса к месту разделки этого кабеля в пункте размещения оборудования, считается горизонтальной проводкой. Если горизонтальные кабели проходят напрямую через распределительный пункт горизонтальной проводки, необходимо иметь достаточный запас в распределительном пункте для перемещения кабелей в случае перехода на схему с магистральным коммутационным подключением.

 

3.8.1   Тип и категории кабельных систем для ЦОДа.

На сегодняшний день большинство производителей СКС предлагают решения для скорости передачи данных 10 Гб/с на основе как волоконно-оптических, так и медных кабелей. Волоконно-оптические кабельные системы, которые обеспечивают максимальную дальность 300 м по многомодовому волокну OM3, характеризуются высокой стоимостью внедрения и сложностью модификации. Волоконно-оптические кабели рекомендуется использовать в статичных сегментах ЦОДа, например, для построения магистрали.

Медные кабельные системы, поддерживающие скорость передачи данных 10 Гб/с, имеют меньшую максимальную дальность – до 100 м, – но характеризуются невысокой стоимостью внедрения и внесения изменений. Медные кабели лучше применять в горизонтальной подсистеме, которая является наиболее динамичной частью кабельной системы ЦОДа. Однако бич медных СКС при их использовании в высокоскоростных сетях – это повышенная уязвимость к межкабельным наводкам (ANEXT), которые зачастую носят непредсказуемый характер. Наиболее надежный способ устранения этих проблем – использование экранированных СКС, которые дают большой запас по устойчивости. При использовании экранированной проводки для таких сетей необходимо именно телекоммуникационное заземление, которое подробно описано в стандарте EN 50174-2. Оно обеспечивает выравнивание напряжений между различными точками заземления и гарантирует контролируемый путь тока на землю без влияния на телекоммуникационные кабели.

Рост популярности более производительных экранированных решений вызван тем, что большинство заказчиков осознают: их кабельные системы должны быть готовы к будущим запросам. 93% руководителей предполагают, что их ЦОД просуществует более 10 лет, причем 46% рассчитывают даже на 20 лет работы.

Хотя стандарт IEEE 802.3ae на приложение 10GBase-T уже ратифицирован, стандарты на кабельные системы в виде дополнений к документам ISO/IEC 11801 и TIA/EIA 568B.2 до сих пор находятся на стадии доработки и утверждения. Дата их окончательной ратификации постоянно переносится. Проблемы здесь связаны не столько с определением характеристик самой кабельной системы, сколько с рядом сопутствующих вещей, в том числе со спецификацией тестирования, что является наиболее уязвимым местом.

Администраторов интересуют и проблемы монтажа. Исторически сложилось, что легкие и быстрые решения UTP пользовались предпочтением на многих рынках, однако современные методы монтажа экранированных систем S/FTP позволяют экономить время при заделке компонентов, упрощают монтаж и делают его практически аналогичным установке неэкранированных кабельных систем UTP Категории 6а. Подобные разработки приобретают все большую популярность еще и за счет роста помехоустойчивости и снижения излучения в окружающую среду.

Хотя доля экранированных медных кабельных систем (F/UTP — с общим экраном, S/FTP — с индивидуальным экранированием пар) увеличивается, решения по категории 6а все еще составляют значительный процент планируемых проектов. Клиенты хотели бы иметь возможность выбирать из нескольких кабельных систем, но для этого надо понимать преимущества каждой. Кроме пропускной способности канала передачи данных следует учитывать и другие факторы: безопасность инфраструктуры, пространство для прокладки кабеля в трассах, средства управления кабельными потоками, исходную стоимость системы, расходы на ее поддержку в течение жизненного цикла, помехоустойчивость и предпочтения глобального рынка.

Перекрестные помехи при передаче со скоростью 10 Гб/с вызывают серьезную обеспокоенность. В кабеле c витыми парами каждая пара имеет свой шаг скрутки: это позволяет уменьшить наводки с одной пары на другую под одной и той же оболочкой. Но если рядом расположены несколько кабелей, то пары одинакового цвета имеют одинаковый шаг повива. На высоких частотах между такими парами будут сильны внешние перекрестные наводки. Это явление не удается точно смоделировать, а значит, его нельзя нейтрализовать с помощью специальной обработки сигналов активным оборудованием. Как результат, уменьшить его влияние удается только за счет изменения конструкции кабеля и методов монтажа.

Для обычной категории 6 длина кабеля, по которому предполагается реализовать приложение 10G Base-T, обычно не превышает 55 м, и при этом должны соблюдаться правила монтажа, позволяющие уменьшить перекрестные наводки. Для категории 6а (неэкранированной UTP или экранированной F/UTP), а также для Категории 7 (кабели с индивидуальным экранированием пар S/FTP) длина канала составляет 100 м. Внешний диаметр кабеля UTP категории 6а — 9.0 мм, а в случае кабеля обычной Категории 6 — всего 6.35 мм. Между этими двумя типами кабелей располагаются системы категории 7 и экранированные кабели F/UTP категории 6а, у которых внешний диаметр кабеля равен 8,38 и 6,73 мм, соответственно. Хотя такая разница и не выглядит очень существенной, она сказывается при расчете емкости трасс и пространств в больших системах.

Чтобы гарантировать передачу со скоростью 10 Гб/с в системах обычной категории 6 на расстояниях до 55 м и уменьшить внешние перекрестные наводки, применяются разные методы, описанные в бюллетене TIA TSB-155: переход на экранированные коммутационные шнуры, отказ от увязки кабелей в пучки на первых 15 м и последних 15 м кабельного канала, пространственное разделение портов, например, сигналы приложения 10G Base-T разрешается передавать только по нечетным портам, в то время как четные задействуются для менее скоростных приложений. Для достижения таких же характеристик передачи, как у систем с более высокой производительностью, потребуются дополнительные затраты — как трудовые, так и материальные. Там, где уже проложены каналы обычной категории 6, любой канал протяженностью свыше 55 м придется заменить, если не удается свести к минимуму внешние перекрестные наводки. А это неизбежно повлечет за собой увеличение совокупной стоимости владения системой.

В обоих стандартах — и TIA, и ISO — методы уменьшения внешних перекрестных наводок одни и те же: во многих случаях они предполагают замену разъемов, коммутационных панелей и кроссов, в результате чего увеличиваются расходы как на оплату труда специалистов, так и на компоненты. Важно отметить, что в категории 6а используются кабели большего диаметра. Это позволяет увеличить расстояние между парами в соседних кабелях и тем самым уменьшить внешние перекрестные помехи. Экранированные F/UTP и полностью экранированные S/FTP кабели предотвращают внешние перекрестные наводки за счет экранов. Несмотря на очевидные преимущества категории 7 – более высокие рабочие характеристики и низкая совокупная стоимость владения, отсутствие дополнительных затрат на уменьшение перекрестных наводок и длительный срок службы благодаря поддержке приложений со скоростью передачи данных свыше 10 Гб/с, – некоторые компании либо сохраняют у себя уже существующие системы обычной категории 6, либо по привычке отдают предпочтение неэкранированным системам.

4.   Продукция СКС компании Nexans Cabling Solutions для приложений на медном симметричном кабеле.

Специалисты компании Nexans раскрыли серьезные недостатки имеющихся на рынке неэкранированных кабельных продуктов для сетей со скоростью передачи данных 10 Гб/с. Большой диаметр соответствующих кабелей – для снижения межкабельных наводок разработчики стараются максимально разнести сердечники кабеля друг от друга – влечет за собой дополнительные затраты на кабельные трассы, а специальная организация кроссовых полей – 10-гигабитовые порты располагаются в шахматном порядке – не позволяет строить системы высокой плотности. Для проверки же соответствия неэкранированной СКС требованиям, предъявляемым 10-гигабитовыми решениями, необходимы длительные и дорогостоящие тесты: одни только специальные насадки для измерительного оборудования стоят порядка 3.5 – 4 тысяч евро. По данным Nexans, тракты одной коммутационной панели на 24 порта придется тестировать 6 – 8 часов, а значит, на проверку всей кабельной системы ЦОДа могут уйти месяцы. При выборочном же тестировании можно пропустить важные тракты, что чревато серьезными отказами.

Применение экранированных СКС снимает практически все обозначенные выше проблемы, и потому компания Nexans рекомендует именно эти системы в качестве медножильных решений для 10-гигабитовых сетей. Что касается волоконно-оптических СКС, то здесь компания предлагает решения на основе многомодовых волокон OM3, имеющих дальность работы до 300 м, и улучшенных волокон ОМ3, имеющих дальность работы до 450 м, а также на основе одномодовых волокон, имеющих дальность работы свыше 450 м. Однако решение на многомодовом волокне (пассивный тракт плюс порты активного оборудования) стоит примерно в полтора раз ниже, чем на одномодовом, а поскольку для ЦОДов протяженности трактов 300 – 450 м вполне достаточно, то для этих объектов имеет смысл ориентироваться именно на многомодовые системы.

Учитывая все вышесказанное для ЦОД, их построение весьма желательно на компонентах СКС категорий 6А, 7А и классов ЕА, FA, определенных в последних редакциях стандартов ISO и TIA/EIA.

Компания Nexans разработала линейку компонентов категории 6А специально с 10-гигабитовых систем, с гарантированной полосой пропускания до 500 МГц.

4.1 Кабель LANmark-6 10G.

Данный кабель разработан для приложения 10GBase-T Ethernet. Внешний вид кабеля представлен на рис 4.1.

Рис. 4.1. Кабель LANmark-6 10G.

Особенности кабеля LANmark-6 10G:

·   Гарантированная полоса частот до 500 MГц.

·   Конструкция F/UTP.

·   Экранированный, без межкабельных наводок AXT.

·   Простой монтаж.

·   Однослойная фольга с обратной скруткой для быстрой очистки

·   Имеет только 7.1 мм в диаметре.

В кабеле LANmark-6 10G содержится четыре пары, закрытые общим экраном из одного слоя фольги, причем отдельная каждая из пар защитным экраном не покрывается. Такая конструкция называется F/UTP (Foiled UnTwisted Pair). Она позволяет снизить межкабельные наводки AXT (Alien Crosstalk), но не может уменьшить переходное затухание на ближнем конце NEXT и переходное затухание на дальнем конце FEXT.

4.2 LANmark-6 10G EVO коннектор.

Экранированный LANmark-6 10G EVO коннектор разработан специально для линейки компонентов 10G.

Внешний вид коннектора представлен на рис 4.2.

Рис. 4.2. LANmark-6 10G EVO коннектор.

 

Особенности LANmark-6 10G EVO коннектора:

• Рабочие характеристики гарантированы на частотах до 500 MГц.
• Экранированный, без межкабельных наводок AXT.
• Простой монтаж.
• Небольшой размер.
• Быстрота инсталляции.

4.3 LANmark-6 10G коммутационная панель.

Для работы с приложением 10GBase-T Ethernet компания Nexans рекомендует коммутационные панели LANmark со встроенным автоматическим заземлением.

Внешний вид коммутационные панели представлен на рис 4.3.

Рис. 4.3. Коммутационная панель LANmark.

 

Особенности коммутационной панели LANmark:

·   2-х сторонняя Clip On система.

·   Clip On система для коннектора на передней части панели.

·   Clip On для кабеля. Сзади расположены фиксаторы из нержавеющей стали.

4.4 LANmark-6 10G коммутационный шнур.

Коммутационный шнур LANmark-6 10G разработан специально для линейки компонентов 10G.

Внешний вид коммутационного шнура представлен на рис 4.4.

Рис. 4.4. LANmark-6 10G коммутационный шнур.

 

Особенности коммутационного шнура LANmark-6 10G:

·   Гибкий кабель.

·   Запатентованная технология коннектора.

·   Рабочие характеристики гарантированные на частотах до 500 MГц.

·   Экранированный, без межкабельных наводок AXT.

·   Выпускаются шнуры стандартной длины.

·   Существует версия шнура длиной 10 м с односторонней заделкой под СР-шнур.

4.5 Монтажные шкафы Quick Mount.

Стандартные шкафы Quick Mount II и III предназначены для монтажа системы LANmark-6 10G.

Внешний вид шкафа представлен на рис 4.5. Схема шкафа в разобранном состоянии показана на рис. 4.6.

Рис. 4.5. Шкаф Quick Mount.

 

 

Рис. 4.5. Разобранный шкаф Quick Mount.

 

Особенности монтажного шкафа Quick Mount:

·   Основание 800 x 800 мм, высота 42 HU;

·   Передняя металлическая дверь со стеклянным окном;

·   Доступ в шкаф со стороны любой двери;

·   Замок на фронтальной двери EuroLock;

·   Конструкция запатентована;

·   6 коробок – удобная транспортировка;

·   Полная высота 2070 мм;

·   Разборная конструкция;

·   Фиксированные или передвигающиеся внутренние стойки.

4.6 Кабельные органайзеры LANmark.

Органайзеры для кабеля, обеспечивают быстрое и надежное закрепление кабеля в шкафу и хранение коммутационных шнуров с оптимальным радиусом изгиба. Кабельные органайзеры типа 1 HU и 2 HU обеспечивают организованное хранение коммутационных шнуров при установке в телекоммуникационные шкафы.

Внешний вид кабельных органайзеров представлен на рис 4.7.

	1HU
			2HU

 

Рис. 4.7. Внешний вид кабельных органайзеров.

Расположение кабелей и кабельных органайзеров в монтажном шкафу показано на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Кабельные органайзеры LANmark.

 

 

 

 

 

 

 

4.7 Физические характеристики системы LANmark-6 10G.

График зависимости вносимых кабелем потерь от частоты передаваемого сигнала приведен на рис. 4.9.

Рис. 4.9. График вносимых потерь.

Графики характеристик NEXT (переходное затухание на ближнем конце) приведены на рис. 4.10.

Рис. 4.10. Графики характеристик NEXT.

 

 

 

 

Графики характеристик ACR (защищенность от переходных помех) приведены на рис. 4.11.

Рис. 4.11. Графики характеристик ACR.

 

Графики характеристик ELFEXT (эквивалентный уровень переходного затухания на дальнем конце) приведены на рис. 4.12.

Рис. 4.12. График характеристик ELFEXT.

 

 

 

 

Графики характеристик AXT (межкабельные наводки) приведены на рис. 4.13.

 

 

 

Рис. 4.13. Графики характеристик AXT.

5.   Расчет оборудования Nexans LANmark-6 10G для
СКС в ЦОД.

Оборудование ЦОДа размещено в аппаратном зале размером 5 х 3 м. В помещении расположен кабельный ввод, к которому с одной стороны подключается транспортная магистральная сеть, а другой стороны – кабели горизонтальной подсистемы СКС.

План размещения оборудования ЦОДа приведен на рис. 6.1.

Рис. 6.1. План размещения оборудования ЦОДа.

Исходные данные:
Число звеньев ПД в горизонтальной подсистеме – .
Минимальная длина кабеля – .
Максимальная длина кабеля – .

Расчет средней длины кабеля:

Расчет общей длины кабеля:

Расчет числа катушек кабеля:

Расчет числа коннекторов:

Расчет числа коммутационных панелей:

.

Определение высоты монтажного шкафа:



Наибольшую высоту имеет шкаф высотой 42 HU. Для расположения коммутационных панелей потребуется 3 шкафа.

Список всего необходимого оборудования приведен в таблице 6.1.

Таблица 6.1. Состав оборудования горизонтальной подсистемы.

Кабель, м	Катушки кабеля	Коммутационные панели	Коннекторы RJ-45	Монтажный шкаф высотой 42 HU
14832	49	103	9888	3

5.1 Расчет показателей надежности оборудования СКС.

Исходные данные:
Интенсивность отказов 1 км кабеля – .
Среднее время восстановления 1 км кабеля – .

Расчет интенсивности отказов всей горизонтальной подсистемы:

Расчет среднего времени безотказной работы горизонтальной подсистемы:

Расчет коэффициента готовности горизонтальной подсистемы:

Таким образом, можно сделать вывод, что спроектированная горизонтальная подсистема способна выполнять свои функции с необходимым качеством.

Заключение.

В данном проекте была спроектирована структурированная кабельная система для центра обработки данных. ЦОД функционирует на сетевом приложении 10G Base-T со скоростью передачи данных 10 Гбит/с. Для построения СКС был выбран вариант с топологией иерархической звезды на основе кабеля конструкции F/UTP категории 6a. Предполагается реализовать СКС на оборудовании линейки LANmark-10G компании Nexans Cabling Solutions. Выбранное оборудование соответствует принятым международным стандартам ISO/IEC 11801, EN 50173, TIA/EIA 568A.

В проекте был произведен расчет объема необходимого оборудования и расчет показателей надежности спроектированной структурированной кабельной системы.

---

[1] ffs – for future study – для будущего изучения в соответствующем комитете по стандартизации.