Разработка кабельной системы

Ведение

Структурированная кабельная система (СКС), по мнению большинства специалистов по информационным технологиям, является в настоящее время неотъемлемой частью любого современного общественного здания, а ее отсутствие, рассматриваемое управленческим и техническим персоналом как анахронизм, существенно снижает рыночную стоимость объекта недвижимости.

Подавляющее большинство специалистов осознают, что СКС - сложный в техническом отношении продукт, успешное создание и грамотная эксплуатация которого требуют соответствующего уровня знаний от проектировщиков, монтажников и обслуживающего персонала.

Процесс перехода на новую кабельную проводку - всегда достаточно болезненная для офиса и продолжительная операция, которая, во-первых, сопровождается весьма существенными финансовыми затратами, а во-вторых, останавливает информационную поддержку трудовой деятельности сотрудников, то есть фактически дезорганизует работу всей организации или по крайней мере некоторых ее структурных подразделений на довольно продолжительный период. Даже если изменения технологии не происходит (например, при переходе на технику следующего поколения того же самого производителя), службы эксплуатации сталкиваются со столь же серьезными проблемами при появлении, например, рабочих мест, так как это требует прокладки новых сегментов кабельной системы. Опыт эксплуатации кабельных систем офисных зданий показывает, что удаление ненужных кабелей из кабельных каналов всех типов является крайне нежелательной операцией, так как с высокой долей вероятности сопровождается повреждением действующих линий связи. На основании этого в процессе перехода на другой тип кабельной проводки новые кабели прокладываются прямо поверх существующих. Это приводит к быстрому исчерпанию резервов емкости кабельных трасс, и организация новых линий проводной связи становилась невозможной. Рост количества подсистем обеспечения жизнедеятельности здания и поддержки трудовой деятельности работающих в нем сотрудников естественным образом также приводил к увеличению количества служб, отвечающих за их эксплуатацию. Эти службы пользуются одними и теми же кабельными трассами, что нередко приводит к возникновению конфликтных ситуаций. Кроме того, работающие в них специалисты выполняют практически одни и те же функции, то есть имеет место нерациональное расходование трудовых ресурсов. В табл. 1 приведены обобщенные статистические данные по стоимости и продолжительности эксплуатации отдельных составных частей информационной инфраструктуры зданий офисного типа. Из них следует, что правильно спроектированная кабельная система потенциально может служить дольше остальных составляющих, за счет чего имеет наименьшую стоимость.

Таблица 1. Продолжительность эксплуатации и объемы капитальных вложений в различные части информационной инфраструктуры здания

	Программное обеспечение	Сетевое оборудование	Рабочие станции и серверы	Кабельная система
Продолжительность эксплуатации, лет	1,5 - 2	2,5 - 3	2 - 4	10 - 15
Объём капитальных вложений, %	54	7	34	5

Совокупность перечисленных выше обстоятельств однозначно диктует необходимость создания в офисном здании кабельной системы, которая обладает как минимум следующими свойствами:

-         является универсальной, то есть дает возможность использовать ее для передачи сигналов основных существующих и перспективных видов сетевой аппаратуры различного назначения;

-         позволяет быстро и с минимальными затратами организовывать новые рабочие места и менять топологию трактов передачи без прокладки дополнительных кабельных линий;

          позволяет организовать единую службу эксплуатации;

          создается на этапе строительства здания или переоборудования его помещений под офис и имеет гарантированный срок эксплуатации 10 и более лет.

Всем перечисленным выше требованиям отвечает структурированная кабельная система (СКС). Под СКС в дальнейшем будем понимать кабельную систему, принцип построения которой отвечает трем основным и нескольким дополнительным признакам. К основным признакам СКС относятся: структуризация, универсальность и избыточность.

Кроме приведенного выше на практике употребляются также другие определения СКС. Не вдаваясь здесь в подробный анализ этих определений, укажем только, что, по мнению авторов, все они с большей или меньшей степенью детализации задают технический объект, обладающий той совокупностью признаков, которые выше были обозначены как основные и дополнительные. На основании этого можно утверждать, что все эти определения идентичны представленному выше.

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;

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

          одновременно использовать 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;

          обеспечить средой передачи информации основную массу действующего и перспективного сетевого оборудования различных классов за счет наличия стандартизованного интерфейса;

          обеспечить быструю локализацию неисправности, восстановление связи или переход на резервные линии за счет модульного принципа построения.

Устойчивая и надёжная работа вычислительной техники и сетевого оборудования во многом обусловливается качеством электропитания. Последствия сбоев в электросети могут иметь широкий диапазон - от частичной потери информации до отказа дорогостоящей аппаратуры и практически полной потери данных. Поэтому системе электропитания следует уделять особое внимание. Желательно, чтобы она не была зависимой от систем бытового электроснабжения и освещения. Сбои в этих системах не должны влиять на работу компьютерного оборудования, то есть электропитание вычислительной техники должно быть выделенным. Система выделенного электропитания строится отдельно от бытовой системы, в результате чего она имеет такие достоинства, как гибкое управление, простота обслуживания, высокая надежность, и, самое главное, независимость, что дает возможность развития и расширения, резервирования, задействования систем бесперебойного питания.

Система выделенного электропитания имеет отдельный главный распределительный щит (ГРЩ), что позволяет производить подвод электропитания к потребителям либо от вводно-распределительного устройства (ВРУ), либо, по мере развития и совершенствования сети, от системы бесперебойного питания масштаба здания или предприятия.

Система выделенного электропитания компьютерного оборудования обязательно включает контур защитного заземления. К нему подключаются все розетки и корпусы защитных распределительных устройств.

Таким образом, грамотно спроектированная и правильно смонтированная система электропитания обеспечивает надёжное электропитание вычислительной техники и сетевого оборудования. Однако она не обеспечивает защиты от неполадок электропитания, обусловленными авариями на электростанции, помехами, вносимыми мощным промышленным оборудованием, разрядами атмосферного электричества и др.

1. Основные компоненты СКС

1.1 Задача дипломного проекта

Основной целью проекта является создание современной информационной сети для Сбербанка, которая позволила бы обеспечивать сотрудников надежной и своевременной связью и информацией. Достижение этой цели позволяет рассчитывать на развитие и улучшение производственных показателей: производительности и эффективности операций.

Для достижения основной цели наиболее оптимальным образом рассматривались также следующие главные цели:

-         Создание комплексной системы: единый набор инструментов управления, наличие бесконфликтных стыков подсистем между собой.

-         Низкие эксплуатационные расходы и длительный срок эксплуатации без морального износа.

-         Возможность дальнейшей модернизации и расширения функций и параметров систем.

1.2 Структура СКС

 

Структурированная кабельная система (СКС) - кабельная система, принцип построения которой отвечает трем основным и нескольким дополнительным признакам. К основным признакам СКС относятся: структуризация, универсальность и 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 на любом уровне одинаково легко применять как оптические, так и электрические технологии передачи сигналов, выбор которых целиком и полностью определяется местными условиями и соображениями достижения максимальной технико-экономической эффективности данного конкретного проекта.

Универсальность кабельной системы проявляется в том, что она изначально создается на принципах открытой архитектуры с заданным стандартным набором основных технических характеристик, предназначенных для обеспечения работы любой, а не какой-либо конкретной, пусть и весьма распространенной сетевой технологии. 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 различных 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. Коммутация отдельных подсистем СКС друг с другом, а также с активным сетевым оборудованием осуществляется с помощью ограниченного набора шнуров с универсальными разъемами, что значительно упрощает как процесс администрирования, так и адаптацию кабельной системы к различным приложениям. Возможность использования кабельной проводки СКС сетевой аппаратурой, которая в силу тех или иных причин не поддерживает передачу сигнала по симметричному или волоконно-оптическому кабелю, обеспечивается наличием развитой номенклатуры адаптеров и переходников. Формально эти элементы не попадают в область действия стандартов, однако создаются обязательно с учетом требований СКС.

Под избыточностью понимается введение в состав СКС дополнительных информационных розеток, количество и местоположение которых определяется площадью и топологией рабочих помещений, а не планами размещения сотрудников и расположения офисной мебели. Это позволяет без каких-либо проблем организовывать новые рабочие места, а также выполнять перемещения рабочих мест 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. Важность принципа избыточности существенно возрастает в связи с тем, что продолжительность эксплуатации СКС в несколько раз превышает аналогичный показатель для остальных компонентов информационной инфраструктуры здания. Создание эффективной СКС и ее эксплуатация невозможны также 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 из дополнительных, а тем более одним из основных признаков называется исключительной (от англ. proprietary), то есть единственной в своем роде.

Кроме приведенного выше на практике употребляются также другие определения СКС. Не вдаваясь здесь в подробный анализ этих определений, укажем только, что, по мнению авторов, все они с большей или меньшей степенью детализации задают технический объект, обладающий той совокупностью признаков, которые выше были обозначены как основные и дополнительные. На основании этого можно утверждать, что все эти определения идентичны представленному выше.

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;

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

          одновременно использовать 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;

-         обеспечить средой передачи информации основную массу действующего и перспективного сетевого оборудования различных классов за счет наличия стандартизованного интерфейса; обеспечить быструю локализацию неисправности, восстановление связи или переход на резервные линии за счет модульного принципа построения.

Топология СКС

В основу любой структурированной кабельной системы положена древовидная топология, которую иногда называют также структурой иерархической звезды. Обобщенная структурная схема СКС изображена на рис. 1. Узлами структуры являются технические помещения (кроссовые и аппаратные), которые соединяются друг с другом и с рабочими местами электрическими и оптическими кабелями. Все кабели, входящие в технические помещения, обязательно заводятся на коммутационное оборудование, на котором осуществляются переключения в процессе 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 (табл. 2). Из данных этой таблицы следует, что топология рассматриваемого вида является той платформой, которая обеспечивает поддержку работы современных средств передачи данных.

Рис. 1.1. Структурная схема СКС

Таблица 1.1. Логическая и физическая топология современных сетей передачи данных

Протокол	Логическая топология	Физическая топология
Token Ring	Кольцо	Кольцо, звезда
High Speed Token Ring	Кольцо	Кольцо, звезда
FDDI	Кольцо	Кольцо, звезда
Ethernet	Шина	Шина, звезда
Fast Ethernet	Шина	Звезда
Gigabit Ethernet	Шина	Звезда
ATM	Виртуальный канал	Кольцо, звезда

структурированный кабельный проектирование

Технические помещения

Для построения СКС и информационной системы предприятия в целом необходимы технические помещения двух видов: аппаратные и кроссовые. Аппаратной в дальнейшем называется техническое помещение, в котором располагается сетевое оборудование коллективного пользования (АТС, серверы, концентраторы). В том случае, если основной объем установленных в этом помещении технических средств составляет оборудование ЛВС, его 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 (этажными) техническими помещениями, а иногда хабовыми. Аппаратная может быть совмещена с кроссовой здания (КЗ). 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) сходятся кабели внешней магистрали, подключающие к ней КЗ. В КЗ заводятся внутренние магистральные кабели, подключающие к ним кроссовые этажей (КЭ). 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 (пример изображен на рис. 1). 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 их подключение к КЭ горизонтальных кабелей смежных этажей.

Подсистемы СКС

В самом общем случае СКС включает в себя шесть подсистем:

Подсистема внешних магистралей состоит из внешних магистральных кабелей между КВМ и КЗ. Подсистема внешних магистралей является основой для построения сети связи между компактно расположенными на одной территории зданиями. На практике эта подсистема достаточно часто имеет кольцевую топологию, что дополнительно увеличивает надёжность за счёт наличия резервных кабельных трасс. Подсистема внешних магистралей традиционно выполняется оптическим одномодовым или многомодовым оптическим кабелем, а также многопарным медным кабелем для голосовых приложений. Способы реализации: прокладка в кабельной канализации, по эстакадам или подвеска кабеля.

Подсистема внутренних магистралей, или вертикальная подсистема предназначена для соединения этажных кроссовых центров (КЭ) с кроссом здания (КЗ) или между собой. Выполняется одномодовым или многомодовым оптическим кабелем, а также многопарным медным кабелем. Способ реализации: прокладка по слаботочным стоякам.

Горизонтальная подсистема предназначена для соединения этажных кроссовых центров (КЭ) с розеткой на рабочем месте. В горизонтальную подсистему также входит точка перехода, если она присутствует. Выполняется медными кабелями «витая пара» или оптическим кабелем. В последнем случае получается система «Fiber To Desk» или «Волокно До Рабочего Места». Способы реализации: скрытая прокладка (за фальшь потолком или гипроком) или прокладка по кабельным трассам (коробам, лоткам и т.д.).

Подсистема рабочего места предназначена для терминирования кабелей горизонтальной подсистемы и их соединения с терминальным оборудованием. Варианты реализации: скрытая установка розеток (в гипрок), установка розеток в короб или на короб, установка в фальшпол.

Административная подсистема предназначена для коммутации терминированных кабелей горизонтальной подсистемы с административной частью кроссового оборудования или непосредственно с сетевым оборудованием. Варианты кроссового оборудования: оптические кроссы, кроссы 110 стиля или модульные патч - панели. Варианты реализации: установка на стену, либо в телекоммуникационный шкаф или на открытую раму.

Аппаратная подсистема предназначена для размещения активного оборудования и его стыковки с административной подсистемой. Варианты реализации: настенные или напольные телекоммуникационные шкафы или открытые рамы

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

В подавляющем большинстве случаев подключение к СКС сетевого оборудования производится с помощью коммутационного шнура. В некоторых ситуациях кроме шнура может понадобиться адаптер, обеспечивающий согласование сигнальных и механических параметров оптических или электрических интерфейсов (разъемов) СКС и сетевого оборудования. Например, адаптеры применяются для подключения к СКС сетевого оборудования с интерфейсами V.24 (RS-232), устройств кабельного телевидения, систем IBM AS/400 с терминалами 5250, терминальных контроллеров IBM 3274 и терминалов 3270, а также других приложений, которые разрабатывались для других кабельных систем.

Коммутация в СКС

Принципиальной особенностью любой СКС является то, 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. Такое решение абсолютно неоправданно на нынешнем этапе развития техники с экономической и технической точки зрения. Это обусловлено тем, что среднее количество переключений одного порта в действующей системе составляет единицы раз в год, а источник питания обладает существенно меньшей эксплуатационной надежностью по сравнению с теми пассивными компонентами, которые образуют кабельную систему. Оборотной стороной отказа от применения штатного источника электропитания является:

-         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 (опрос состояния портов, индикация, коммутация сигналов низкоскоростных приложений), не затрагивают процесс передачи информационных сигналов и не нормируются действующими стандартами и предложениями по их перспективным редакциям.

Принципы администрирования СКС

Принципы администрирования, или управления, СКС 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 за счет необходимости выполнения всех коммутаций шнурами в одном месте.

Кабели СКС

Одним из 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 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 крайне редко 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 обычно процесс преобразования низкоскоростного электрического сигнала в оптический 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 пар. 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 сколь-нибудь широкого распространения они в нашей стране не получили. Многомодовые волоконно-оптические кабели используются, как правило, 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 новые стандарты и исключаются из новых редакций старых. 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.

1.3 Понятие классов и категорий и их связь с длинами кабельных трасс

Классы приложений, категории кабелей и разъемов СКС

Действующая редакция стандарта ISO/IEC 11801 подразделяет все виды приложений, которые могут обмениваться данными по витым парам, на четыре класса - A, B, C и D (табл. 1.2). Класс A считается низшим, а класс D высшим. Для приложений каждого класса определяется соответствующий класс линии связи, который задает предельные электрические характеристики линии, необходимые для нормальной работы приложений соответствующего и более низкого класса. К приложениям оптического класса относятся те из них, которые используют в качестве среды передачи сигнала оптический кабель. Для таких приложений на момент принятия стандарта ширина полосы пропускания не является ограничивающим фактором.

Таблица 1.2. Классы приложений по ISO/IEC 11801

Класс линии и приложения	Определения
A	Телефонные каналы и низкочастотный обмен данными. Максимальная частота сигнала - 100 КГц
B	Приложения со средней скоростью обмена. Максимальная частота сигнала - 1 МГц
C	Приложения с высокой скоростью обмена. Максимальная частота сигнала - 16 МГц
D	Приложения с очень высокой скоростью обмена. Максимальная частота сигнала - 100 МГц
Оптический	Приложения, использующие в качестве среды передачи сигнала оптический кабель

Интересно также отметить, что стандарт ISO/IEC 11801 не предполагает приложений и линий с максимальной частотой передачи 20 МГц, соответствующих 4-й категории разъемов и кабелей. Это обусловлено отсутствием популярных сетевых приложений с максимальными частотами сигнала от 16 до 20 МГц.

В некоторых европейских странах иногда практикуется введение дополнительных классов приложений. Так, например, в немецкоязычной технической литературе приложения с верхней граничной частотой 200 МГц иногда называют приложениями класса D+, тогда как приложения с граничной частотой 300 МГц обозначаются как приложения класса D++.

Стандарты ISO/IEC 11801 и TIA/EIA-568-A помимо кабелей также специфицируют по категориям разъемы. Категории определяются максимальной частотой сигнала, на которую рассчитаны соответствующие разъемы и кабели (табл. 1.3).

Кабели и разъемы более высоких категорий поддерживают все приложения, которые рассчитаны на работу по кабелям более низких категорий.

Таблица 1.3. Категории кабелей и разъёмов

Категория кабеля и разъёма	Максимальная частота сигнала	Типовые приложения
Категория 3	До 16 МГц	Локальные сети Token Ring и Ethernet 10Base-T, голосовые каналы и другие низкочастотные приложения
Категория 4	До 20 МГц	Локальные сети Token Ring и Ethernet 10Base-T
Категория 5	До 100 МГц	Локальные сети со скоростью передачи данных до 100 Мбит/с
Категория 6	До 200 МГц	Локальные сети со скоростью передачи данных до 155 Мбит/с
Категория 7	До 600 МГц	Локальные сети со скоростью передачи данных до 1000 Мбит/с

В сентябре 1997 года IEC начала работу по стандартизации двух новых классов приложений E и F, а также компонентов СКС для категорий 6 и 7. Параллельно производится работа над так называемой улучшенной категорией 5 (категорией 5+ или категорией 5е) с верхней граничной частотой нормировки параметров в 100 МГц. Последняя фактически фиксирует достигнутый на конец 90-х годов уровень техники и одновременно нормирует ряд параметров, соблюдение которых обеспечивает возможность работы перспективного приложения Gigabit Ethernet. Ожидается, что результаты проведенных исследований войдут в новые редакции действующих в настоящее время стандартов ISO/IEC 11801 и TIA/EIA-568A. Работа в этом направлении мотивируется необходимостью поддержки перспективной сетевой аппаратуры АТМ 155 и 622 Мбит/с, а также Gigabit Ethernet 1000 Мбит/с. Приложения класса Е и компоненты СКС категории 6 имеют нормируемые характеристики до частоты 250 МГц, тогда как класс F и компоненты категории 7 рассчитываются на частоты до 600 МГц. Выбор последнего значения не в последнюю очередь обусловлен широким распространением аппаратуры АТМ со скоростью передачи 622 Мбит/с, а также необходимостью поддержки передачи сигналов многоканального аналогового телевидения с верхней граничной частотой 550 МГц. Здесь укажем только, что таблица наглядно демонстрирует рост требований к качеству по мере перехода к более высокой категории.

Для построения трактов категории 6 используются кабели всех типов (экранированные и неэкранированные). В качестве соединителя применяется в основном модульный разъем. Известны также разработки на других типах разъемов, наиболее известными из которых являются разъемы типов 110 и 210. Линии категории 7 при современном состоянии уровня техники могут быть реализованы только на кабеле с экранированными парами. В настоящее время серийные разъемы модульного типа позволяют обеспечить характеристики проекта нормативных документов категорий 7 только для внешних пар контактов 1/2 и 7/8, что сопровождается потерей универсальности. Имеется несколько опытных разработок разъемов с улучшенными параметрами, которые в перспективе могут быть использованы в линиях категории 7. Тем не менее ряд аналитиков считает, что совершенствование модульного разъема для его адаптации к работе на высоких частотах лишено смысла и необходимо переходить на новую конструкцию. Окончательное решение о выборе типа разъема трактов категории 7 комитетами по стандартизации по состоянию на середину 1999 года не принято. Ниже мы не будем останавливаться на классах линий A и B, построение которых не представляет никаких трудностей на современной элементной базе. Малый интерес специалистов по СКС к этим линиям обусловлен также тем, что они не поддерживают работу наиболее массовой на сегодняшний день сетевой аппаратуры Ethernet, то есть на упомянутых линиях нельзя построить универсальную СКС. Точно так же в дальнейшем подробно не обсуждаются линии категорий 5е, 6 и 7, которые по состоянию на середину 1999 года официально не стандартизованы.

Линии электрической связи СКС должны быть собраны из кабелей и других компонентов с характеристиками не хуже той категории, на которую они рассчитаны. Данное правило имеет также и обратное действие: линия связи, собранная из компонентов определенной категории, поддерживает работу всех приложений своего и более низкого классов. В стандартах ISO/IEC 11801 и TIA/EIA 568-A указано, что линии связи СКС будут соответствовать требованиям определенной категории при соблюдении следующих трех условий:

          технические характеристики всех кабелей, разъемов и соединительных шнуров этой линии соответствуют требованиям этой категории или превышают их;

-         линия связи спроектирована с учетом требований стандартов (то есть соблюдены ограничения на длины кабелей, количество точек коммутации и т.д.);

-         монтаж выполнен в соответствии с требованиями перечисленных выше стандартов.

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. Длины кабелей указаны на рис. 1.2 и приведены в табл. 1.4. 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.

Рис. 1.2. Максимальные расстояния в кабельной системе по ISO/IEC 11801

A + B + E £ 10 м - суммарная длина всех шнуров и перемычек горизонтальной подсистемы;

C и D £ 20 м - длина коммутационных шнуров в КЗ и КВМ;

F и G £ 30 м - длина оконечных шнуров в КЗ и КВМ.

Примечания:

-         Все указанные длины - физические длины.

-         Длины 10 м (A+B+E) и 30 м (F и G) являются рекомендуемыми.

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.

Таблица 1.4. Максимальные длины кабельных трасс в зависимости от типа кабеля и класса приложения

	Класс приложений
Среда передачи	A	B	C	D	Оптика
Симметричный кабель категории 3	2 км	200 м	100 м
Симметричный кабель категории 4	3 км	260 м	150 м
Симметричный кабель категории 5	3 км	260 м	160 м	100 м
Симметричный кабель 150 Ом	3 км	400 м	250 м	150 м
Многомодовый оптический кабель	-	-	-		2 км
Одномодовый оптический кабель	-	-	-		3 км

Примечания:

-         Под длиной 100 м понимается суммарная длина горизонтального кабеля (до 90 м) и соединительных шнуров.

-         3 км - ограничение, формально наложенное стандартом. Не является

физическим ограничением для одномодовых волоконных световодов.

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. Исходя из этого максимальная длина такой магистрали устанавливается стандартами равной 500 м.

И наконец, подсистема внешних магистралей, которая объединяет отдельные здания, может включать в себя кабели максимальной длиной 2 или 3 км в зависимости от типа. При современном состоянии уровня волоконно-оптической техники это расстояние может быть увеличено до 100 и более километров с использованием обычной серийной аппаратуры. 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.

1.4 Дополнительные варианты топологического построения СКС

Ниже рассматриваются дополнительные возможности построения горизонтальной подсистемы и подсистемы внутренних магистралей, часть из которых не вошла в действующие основные стандарты по СКС. По состоянию на середину 1999 года они нормируются только техническими бюллетенями TIA/EIA и, по мнению большинства специалистов по СКС, без каких-либо принципиальных изменений их основные положения будут введены в новые редакции стандартов. Наличие этих вариантов существенно увеличивает свободу выбора проектировщика и позволяет значительно увеличить технико-экономическую эффективность кабельной системы в ряде часто встречающихся на практике случаев.

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. 1.3. 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. Действующие нормативные документы задают две возможные комбинации типов таких кабелей: многопарный + четырехпарный и круглый + плоский с одинаковым количеством пар (на практике это четыре пары). Эти кабели соединяются между собой в так называемой точке перехода ТП. 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 широко применяются в так называемых открытых офисах (open 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 консолидационные точки CP (consolidation point). Оба варианта стандартизованы техническим бюллетенем TSB-75 и адаптируют рассмотренные выше решения на случай открытого офиса (табл. 1.5).

Таблица 1.5. Аналогии между различными вариантами организации горизонтальной подсистемы.

Тип офиса	Прямое соединение	Многопользовательское соединение
Обычный офис	Обычный проброс	Точка перехода
Открытый офис	Многопользовательская розетка	Консолидационная точка

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 следующим образом:

W = (102 - H)/1,2 - 7 м, W £ 20 м, (1.1)

где H - 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. График зависимости длины коммутационного шнура от длины горизонтального кабеля приведен на рис. 1.4. Анализ формулы (1.1) показывает, что при максимальной длине оконечного шнура в 20 м длина горизонтального кабеля не должна превышать 70 м.

Рис. 1.4. Зависимость максимальной длины коммутационного шнура от длины горизонтального кабеля для многопользовательской розетки

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. Консолидационная точка CP в открытом офисе является прямым аналогом точки перехода традиционной топологии. От нее к отдельным розеткам рабочего места протягиваются короткие отрезки горизонтального кабеля, которые являются продолжением основного кабеля сегмента. Решения на основе СР рекомендуется применять в тех случаях, когда перемещения сотрудников возможны, но не столь часты по сравнению с розетками MUTO. Так же как при традиционной кабельной разводке, в любой горизонтальной линии открытого офиса запрещается использование более одной точки перехода в виде розеток MUTO и CP, а в консолидационной точке не допускается подключение активного оборудования и выполнения операций администрирования.

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 наперед заданных рабочих групп на физическом уровне без использования виртуальных соединений;

-         сосредоточить все активное оборудование в одном месте, что влечет за собой увеличение защищенности от несанкционированного доступа к информации, уменьшение потребности в высокоскоростных каналах и упрощение процедур 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 по следующим вариантам: с использованием одного межсоединения и без него (рис. 1.5). 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 этажи. 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 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.

Рис. 1.5. Построение системы с централизованным администрированием:

а) с одним межсоединением; б) без межсоединений.

Это позволяет сохранить преемственность с TIA/EIA-568-A в отношении горизонтальной проводки и обеспечить 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.

Упомянутое выше 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 таком случае в кроссовых рекомендуется выделять места для хранения свернутого в бухты запаса кабелей и установки коммутационного оборудования.

Отметим 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;

-         в 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.

1.5 Принцип Cable Sharing

 

Основным типом кабеля горизонтальной подсистемы современной СКС является четырехпарный симметричный кабель, имеющий четыре различных варианта конструктивного исполнения. Большинство наиболее распространенных в настоящее время среднескоростных (Ethernet 10Base-T, TokenRing) и высокоскоростных Fast Ethernet 100Base-TX, TP-PMD, ATM) приложений требует для работы только две витые пары. Остальные две пары не используются и некоторыми типами сетевых интерфейсов просто замыкаются на землю, то есть являются для них фактически бесполезными. Уровень технических характеристик горизонтальных кабелей, требуемый действующими редакциями стандартов и практически достигнутый на сегодняшний день, принципиально позволяет передавать по таким кабелям сигналы одновременно нескольких (двух, а в некоторых случаях трех или даже четырех) приложений без заметного влияния друг на друга. Подобное техническое решение по использованию горизонтальной разводки получило название принципа cable sharing (разделения, или расщепления, кабеля) и официально допускается для практического применения стандартами ISO/IEC 11801 и EN 50173.

Для практической реализации принципа cable sharing разработан и внедрен в серийное производство достаточно большой набор различных специализированных элементов, которые подробно рассмотрены далее и могут быть разделены наследующие группы:

-         Y-адаптеры, а также сдвоенные и строенные балуны;

          двойные адаптерные вставки;

-         разветвительные шнуры;

          монтажные шнуры специального вида;

-         сдвоенные розеточные модули, позволяющие выполнять на них разводку одного кабеля.

Все перечисленные выше решения, за исключением последних двух, позволяют в случае необходимости легко вернуться к стандартному четырехпарному варианту организации горизонтального участка тракта передачи электрического сигнала, то есть не затрагивают свойство универсальности кабельной системы.

Стандарты не выдвигают никаких особых требований к оборудованию, используемому для реализации рассматриваемого принципа, за исключением применения отличительной маркировки розеток.

Сразу же отметим, что естественным образом наиболее адаптированы для передачи сигналов одновременно двух приложений горизонтальные кабели с так называемой четверочной скруткой, которые фактически представляют собой два одинаковых элемента, заключенных в общую оболочку. Однако в силу целого ряда причин эти кабели не получили широкого распространения и выпускаются только единичными производителями техники для СКС. Использование обсуждаемого принципа организации СКС наиболее выгодно в сетях небольшого и среднего размеров в основном по двум причинам:

-         в них затраты на горизонтальную проводку составляют относительно

большую величину и одновременная передача по одному кабелю сигналов двух приложений обеспечивает заметную экономию капитальных финансовых затрат на организацию сети;

-         в таких сетях задача применения сверхскоростных приложений типа Gigabit Ethernet, требующих для своей работы одновременно четырех пар, является существенно менее актуальной из-за относительно меньшего объема передаваемой информации; в таких условиях ожидаемая проблема нехватки трактов передачи сигналов отодвигается на неопределенно далекую перспективу.

Отметим, что принцип cable sharing получил достаточно большое распространение в некоторых европейских странах, где он используется существенно чаще по сравнению с решениями на основе двухпарных кабелей. Однако в настоящее время данное решение не слишком популярно в Российской Федерации. Причинами такого положения дел являются следующие:

-         значительная доля российских СКС строится в соответствии с требованиями стандарта TIA/EIA-568A, который не допускает одновременной передачи сигналов двух приложений по одному горизонтальному кабелю;

-         принцип cable sharing наиболее эффективен в системах с индивидуальной экранировкой отдельных пар, которые по причинам экономического характера устанавливаются существенно реже систем без такой экранировки (большая стоимость элементной базы и трудоемкость монтажа не компенсируются экономией затрат за счет меньшего количества прокладываемых кабелей);

-         в нашей стране в настоящее время практически отсутствует рынок SOHO и домашних сетей, где наиболее широко применяется передача различных высокоскоростных и широкополосных сигналов в одном горизонтальном кабеле.

Относительно большое распространение в нашей стране имеет только решение на основе Y-адаптера или функционально аналогичной ему адаптерной вставки некоторых СКС, которые применяются для передачи по одному кабелю сигналов Ethernet 10Base-T и аналогового телефона в небольших и достаточно часто несертифицируемых сетях.

1.6 Гарантийная поддержка современных СКС

Современная СКС является сложным высокотехнологичным продуктом, рассчитанным на эксплуатацию в течение продолжительного времени. В связи с этим особо важное значение приобретает система гарантий производителя СКС на продукцию и на установленную систему. Действующие редакции стандартов не предписывают каких-либо жестких правил в этой области, и только стандарт ISO/IEC 11801 рекомендует устанавливать продолжительность гарантии не менее чем в 10 лет. На основании этого в дальнейшем рассматриваются принципы и методы гарантийной поддержки, сложившиеся в отрасли на правах стандартов де-факто.

В настоящее время производители СКС применяют различные виды гарантий. Их можно разделить на три основные группы.

Классическим видом гарантии является гарантия на компоненты, или базовая гарантия. Она означает, что все компоненты кабельной системы не имеют производственных дефектов и при использовании по назначению в соответствии с ТУ прослужат определенный период времени с момента покупки (обычно пять лет; в последнее время наметилась тенденция увеличения этого срока: например, Lucent Technologies предоставляет на продукты серии Gigaspeed 20-летнюю гарантию данного вида). Условием получения базовой гарантии является приобретение компонента по официальным каналам в порядке, установленном производителем СКС.

Расширенная, или системная, гарантия предоставляется на спроектированную и установленную по всем правилам СКС. Под ней понимается соответствие характеристик смонтированной системы требованиям стандартов. Основная часть производителей определяет срок этого вида гарантии на системы категории 5 в 15-16 лет, системам, характеристики которых превышают требования категории 6, гарантийный срок обычно увеличивается до 20 лет, а некоторыми производителями даже до 25 лет. Основные принципы предоставления системной гарантии могут быть сформулированы следующим образом:

-         применение в составе системы исключительно компонентов, официально разрешенных для установки в данную конкретную СКС; на использование компонентов, не входящих в официальный перечень разрешенных, в каждом конкретном случае должно быть получено отдельное разрешение производителя;

-         система должна быть построена в полном соответствии с требованиями действующих редакций стандартов, то есть не превышена длина кабельных трасс и шнуров, количество соединителей в тракте и т.д.;

-         количество циклов соединения-разъединения разъемов не значения, задаваемого стандартами;

-         система должна быть спроектирована и построена только прошедшим соответствующее обучение и авторизованным персоналом; все изменения и дополнения также должны производиться только авторизованным персоналом.

Некоторые производители СКС выдвигают также дополнительные требования, которые сводятся к необходимости предоставления протоколов измерений, использованию для тестирования только измерительных приборов из определенного перечня и т.д.

Из приведенного выше можно убедиться в том, что системная гарантия включает в себя базовую и даже усиливает ее в смысле увеличения гарантийного срока.

И наконец, под гарантией работы приложений понимается способность правильно смонтированной и установленной СКС (то есть СКС, уже имеющей системную гарантию) поддерживать работу тех или иных приложений. Гарантии этой группы имеют две разновидности. Первая из них основана на списке приложений, куда часто включаются такие из них, которые формально не могут поддерживаться стандартной СКС данной конкретной категории. При этом возможно увеличение длины так называемой базовой линии (см. далее параграф 10.2.1) свыше задаваемых стандартом 90 м (компании BICC и ITT Cannon). Вторая разновидность гарантии рассматриваемой группы предполагает поддержку работы любого приложения, аппаратура которого спроектирована для работы по СКС той или иной категории.

Документом, подтверждающим наличие у СКС гарантии того или иного вида, является сертификат производителя установленного им образца. Сертификат может выдаваться как собственно на СКС, установленную по конкретному адресу (например, «АйТи» и Lucent), так и владельцу СКС (естественно, что в этом случае требуется переоформление при смене владельца; примерами являются ITT Cannon, RiTTechnologies, Mod-Tap). К сертификату прикладывается регистрационный документ с более или менее полным описанием системы, который может быть дополнен схематическим планом ее структуры, а также результатами ее инструментального тестирования (если эта процедура проводится согласно правилам установки СКС). Гарантийный ремонт обычно выполняется компанией - инсталлятором конкретной СКС. В тех случаях, когда эта компания в силу каких-либо причин не может выполнить работы, производитель поручает их проведение другому местному партнеру или же выполняет их самостоятельно.

Гарантийный ремонт не производится при неправильной эксплуатации, превышении нагрузки, механических повреждениях и повреждениях в результате стихийных бедствий, применении неразрешенных компонентов и других аналогичных случаях.

1.7 Электрические компоненты СКС

Коммутационные шнуры

Назначением коммутационных шнуров является ручная коммутация различных кабельных сегментов СКС друг с другом. Коммутационный шнур изготавливается из отрезка кабеля с многожильными проводниками, на концах которого устанавливаются два разъема. В зависимости от вида коммутационного оборудования шнуры могут быть армированы двумя вилками модульных разъемов, двумя вилками разъемов типа 110 или выполнены комбинированными с вилками модульного разъема и типа 110 на разных концах. Назначение различных видов коммутационных шнуров приводится в табл. 1.6. Кроме указанных там изделий имеются также комбинированные шнуры с вилкой модульного разъема на одном конце и вилкой электрического разъема MIC системы Token Ring на втором, применяемые при передаче по СКС сигналов одноименного сетевого оборудования. В ограниченном количестве выпускаются также шнуры с вилкой модульного разъема на одном конце и двух- или однопарной вилкой разъема типа 110 на втором. Эти шнуры используются для передачи сигналов высокоскоростных приложений, аппаратура которых функционирует по двухпарной схеме.

Коммутационные шнуры классифицируются по категориям от 3 до 5. Следует отметить, что стандарт TIA/EIA. - 568-A не рекомендует использовать коммутационные шнуры длиной свыше 6,1 м (20 футов).

Малая допустимая величина радиуса изгиба имеет существенное значение для коммутационных шнуров, которые часто применяются в ограниченном пространстве 19-дюймовых монтажных шкафов. Большинство из них имеют значение этого параметра в пределах 20-25 мм.

В СКС рекомендуется использовать коммутационные шнуры с модульными разъемами, разведенными по схеме Т568В. Число пар в шнурах с двумя разъемами типа 110 определяется конкретным приложением, для обслуживания которого предназначена СКС.

Таблица 1.6.Основные типы коммутационных шнуров СКС

Тип разъема на		Число пар	Назначение
первом конце	втором конце
110	110	1-4	Подключение по одной или нескольким парам коммутационного оборудования типа 110
110	Модульный	2 или 4	Подключение по 2 или 4 парам коммутационного оборудования типа 110 к модульным или розеточным панелям
Модульный	Модульный	4	Подключение по 4 парам модульных или розеточных панелей

Экранированный вариант возможен только в коммутационных шнурах с двумя модульными разъемами.

Для упрощения процесса администрирования кабельной системы производители предлагают шнуры различной длины. Обычно используется ряд дискретных значений с некоторым футовым или метровым шагом, который зависит от производителя.

Коммутационные шнуры могут быть изготовлены в производственных условиях или непосредственно на объекте в процессе монтажа СКС. Рекомендуется использовать (фабричные шнуры с потенциально более высокими электрическими характеристиками и эксплуатационной надежностью.

Для выполнения цветовой маркировки шнуров используется два различных подхода. Первый из них основан на применении для изготовления шнуров кабелей и / или хвостовиков вилок с различной окраской. При этом не исключается, хотя и встречается на практике достаточно редко (например, в некоторых шнурах серии МС5 компании Siemon), дополнительная маркировка небольшими цветными иконками овальной формы. Подход второго вида продвигается компанией ITT Cannon и предполагает применение цветной манжеты в виде защелки, надеваемой на заднюю часть корпуса видки модульного разъема на заводе-изготовителе или непосредственно на объекте в процессе монтажа. В настоящее время стандартизовано шесть типов манжет, которые поставляются упаковками по 50 штук. Аналогичное решение используется компанией IBM, однако для увеличения надежности крепления манжеты на ней предусматривается дополнительный фиксирующий ремешок.

Коммутационные панели

Коммутационные панели монтируются в кроссовых и аппаратных, предназначаются для разделки на них кабелей различных подсистем СКС и для ручного подключения отдельных сегментов кабельной системы друг к другу коммутационными шнурами или перемычками. Подключение кабелей к панели выполняется с помощью IDC-контактов. Для подключения коммутационных шнуров могут быть использованы разъемы типа 110 или модульные разъемы, коммутация перемычками выполняется на разъемах типа 110 или на панелях типа 66.

В процессе разработки коммутационных панелей наряду с конструктивными решениями, принятыми в сетевой компьютерной технике, широко применялись наработки из области телефонии. Результатом явилось появление большого числа разнообразных конструкций. Вся совокупность этих изделий может быть разбита на три основные группы:

-         коммутационные панели типа 110;

-         коммутационные панели типа 66;

          коммутационные панели с модульными разъемами.

Коммутационные панели с разъемами Crone применяются в основном при построении телефонных кроссов в неструктурированных кабельных сетях, широкого распространения в СКС пока не получили и здесь не рассматриваются.

Имеются также отдельные образцы коммутационных панелей, которые изготавливаются только одним или ограниченной группой производителей и также не получили широкого распространения. В качестве примера укажем коммутационную панель BIX компании NORDX/CDT.

Коммутационные панели типа 110

Коммутационная панель типа 110 разработана в середине 70-х годов и образована совокупностью одноименных разъемов. Основным преимуществом этого изделия как элемента коммутации является возможность переключения каждой отдельно взятой пары, что обеспечивает очень высокую гибкость СКС. Недостатками коммутационных панелей считаются необходимость более глубоких знаний администратора СКС в области принципов ее организации и менее эстетичный внешний вид.

Основными элементами панели S-110 для настенного монтажа являются:

-         коммутационный блок;

-         соединительные блоки;

          маркировочные полосы;

          организаторы кроссовых шнуров;

          элементы крепления.

Коммутационный блок является базовым конструктивным элементом коммутационной панели типа 110. Он представляет собой пластиковое основание, на котором сформированы выступающие вперед контактные полосы. На каждой контактной полосе сформированы 50 пазов под IDC-контакты соединительных блоков разъемов типа 110. Емкость линейки выбрана из расчета разделки на ней одного 25-парного пучка магистрального кабеля или шести горизонтальных кабелей. Из этих же соображений выбраны ширина паза, разделяющего две соседние контактные полосы, и высота контактных полос. Ввод многопарного кабеля в разделительный паз между линейками выполняется обычно через пару продолговатых отверстий почти овальной формы, которые выполнены в левой и правой частях паза. Некоторые разновидности панелей типа 110 имеют дополнительные отверстия в центре паза, наличие которых облегчает ввод и разделку горизонтальных кабелей. В большинстве конструкций предполагается, что оболочка разделываемого кабеля удаляется на такую длину, чтобы в пазу проходили только отдельные витые пары. Наиболее известными в нашей стране исключениями из этого правила являются панели компаний Panduit и ICC, в которых оболочка четырехпарных кабелей удаляется только с части, которая разводится непосредственно на контактной полосе.

Для облегчения работы монтажника контактные пары линейки дополнительно группируются по три, четыре или пять, причем торцевая часть выступа, разделяющего пазы одной пары, маркируется цветом второго провода витой пары. Наибольшее распространение получили 100-пар-ные коммутационные блоки с четырьмя контактными полосами, имеются также 50-парные конструкции половинной высоты с двумя контактными полосами.

Обязательным элементом коммутационного блока являются пластмассовые выступы с квадратной площадкой на конце, которые расположены по обоим краям каждой контактной полосы. Площадка служит для маркировки, причем маркировка может быть как выполнена фабричным способом в виде цифр от 1 до 12, так и произведена непосредственно на объекте в процессе монтажа СКС с помощью различных наклеек или маркера.

Соединительные блоки изготавливаются в вариантах на две (110С-2), три (110С-3), четыре (110С-4) и пять (110С-5) пар.

Одно из требований, предъявляемое к коммутационным панелям типа 110, состоит в том, чтобы даже в случае частичного заполнения 25-контактной полосы все ее пазы были закрыты соединительными блоками. Это означает, что при работе с 25-парной контактной полосой слева устанавливается, например, пять блоков 110С-4, а самым правым будет блок 110С-5.

Маркировочные полосы представляют собой полосы бумаги, которые тем или иным способом (на клеевой подложке или с помощью прозрачной крышки) закрепляются между контактными полосами коммутационного блока и служат для идентификации канала передачи сигнала.

Организаторы предназначены для укладки избытка длины коммутационных шнуров, что позволяет избежать путаницы и образования петель, а также обеспечивает хорошую видимость маркировочных полос. Организаторы дополнительно предохраняют коммутационные шнуры от провисания под действием собственной тяжести, что грозит ухудшением электрических характеристик контактов в разъеме. Для построения кабельных линий категории 5 применение организаторов кабелей является обязательным условием. Эти элементы имеют разную емкость и ориентацию в рабочем положении. Горизонтальными организаторами малой емкости разделяются между собой 100-парные блоки кроссовых башен, а сами они являются штатными элементами их конструкции. Емкость штатного организатора коммутационных панелей типа 110 рассчитывается на укладку в него всех коммутационных шнуров, которые включаются в соседние коммутационные блоки (то есть четыре линейки). Для увеличения надежности фиксации шнуров и придания панели более эстетичного внешнего вида некоторые типы этих элементов снабжаются съемными декоративными пластиковыми кожухами.

Элементы крепления панели предназначены для монтажа коммутационного блока на стене или в 19-дюймовом конструктиве.

Для крепления в 19-дюймовом конструктиве чаще всего применяются металлические пластины различной высоты с отверстиями под 19-дюймовый растр, на которых с помощью фиксаторов цангового типа в две вертикальные колонны монтируются отдельные 100-парные коммутационные блоки и организаторы.

Универсальным монтажным конструктивным элементом являются металлические поддоны П-образной формы из анодированной стали черного цвета с отверстиями для крепежных винтов, выштамповками под стяжки для фиксации отдельных кабелей и их связок и другими вспомогательными элементами. При установке коммутационных блоков с разделяющими организаторами на таком поддоне вся конструкция достаточно часто называется кроссовой башней. Поддон может быть смонтирован на стене, для установки в 19-дюймовый монтажный конструктив используются монтажные скобы с близкой к П-образной формой. Обычно одна пара таких скоб позволяет смонтировать друг рядом с другом две кроссовые башни.

Емкость панелей с монтажным основанием может достигать 900 пар (типовые значения 300 и 900 пар).

Панели для настенного монтажа отличаются наличием установочных пластмассовых ножек с отверстиями под шурупы и имеют типовую емкость 100 и 300 пар, хотя иногда встречаются и другие значения этого параметра. Установочные ножки могут быть как интегральной составной частью конструкции панели, так и являться отдельным элементом, который устанавливается на коммутационный блок в случае необходимости.

В качестве разновидностей элементов настенного крепления отметим следующие два решения. Компанией Mod-Tap выпускается рамка типа Зб.СООЮ емкостью семь блоков. Является функциональным аналогом металлической пластины в случае настенного монтажа, отличается от нее только монтажом коммутационных блоков и организаторов в одну колонну. Компанией Lucent Technologies предлагается монтажный элемент типа 110А1 Hanger Bracket. Представляет собой планку длиной 110,5 см с отверстиями под крепежные винты и фиксирующими отгиб-ными лапками. Пара таких планок после монтажа на стене на соответствующем расстоянии друг от друга по вертикали позволяет навешивать на них до пяти кроссовых башен типа 1210 в 300- и 900-парном вариантах.

Основная масса панелей типа 110 предназначена для монтажа в горизонтальном положении. Известны также единичные образцы панелей с вертикальным расположением контактных полос.

Большинство панелей типа 110 в варианте кроссовых башен снабжаются кроссовыми блоками одного типа. Ограниченное распространение получили также кроссовые башни, которые собраны из кроссовых блоков, рассчитанных на различное число пар, чаще всего, четырех- и трехпарных. Данный вариант панели удобен для использования в тех сетях, в которых существует заранее известное и жесткое разделение функциональных секций кроссового оборудования на компьютерное и телефонное.

В случае необходимости защиты от несанкционированного доступа, а также от воздействия огня, влаги, солнечных лучей и других вредных факторов кроссовое оборудование типа 110 может быть закрыто в металлическом защитном шкафу. Достаточно широкая номенклатура изделий этого типа выпускается заводами по производству телекоммуникационного оборудования, в том числе и российскими предприятиями. В качестве примера импортного оборудования отметим ЗА Cable Terminal Section компании Lucent Technologies.

Классическая конструкция панелей 110 рассчитана на коммутацию шнурами 110. Это обстоятельство создает некоторые неудобства в небольших сетях, так как неизбежно приводит к расширению номенклатуры шнуров. Для устранения данного недостатка разработаны комбинированные панели, в которых контакты линейки включены параллельно с соответствующими контактами гнезда модульного разъема. Это позволяет обойтись только шнурами с вилками модульных разъемов. Такое решение несколько снижает плотность портов коммутационного устройства, что, однако, не играет существенной роли в сетях с малым количеством рабочих мест (не свыше 100). Розетки модульных разъемов в подобных комбинированных панелях могут как располагаться в соседнем ряду с линейками разъемов 110 (S100DB1-24RJPA фирмы Siemon), так и быть сгруппированы в отдельный блок, который располагается сбоку от линеек (MJWC5-8-39TB фирмы Нотасо). В последнем случае линейки разъемов 110 закрываются декоративной защитной крышкой.

Коммутационные панели типа 66

Коммутационные панели типа 66 известны уже в течение нескольких десятилетий и отличаются от рассмотренных выше изделий аналогичного назначения тем, что в них не используются коммутационные шнуры. Коммутация каналов в этих панелях осуществляется с помощью перемычек, для подключения кабелей и перемычек применяются IDC-контакты S66. Из-за отсутствия разъемного соединителя панели типа 66 ориентированы, в первую очередь, для работы с приложениями, которые не требуют частой перекоммутации. Потому основной областью их применения считаются телефонные системы.

Стандартная конструкция панели типа 66 состоит из следующих компонентов:

-         коммутационного блока;

-         маркировочных элементов;

          организаторов;

          элементов крепления.

Коммутационный блок является базовым конструктивным элементом коммутационной панели типа 66. Он образован пластиковым основанием, которое может иметь различную высоту, и установленными на нем линейками IDC-контактов типа 66 с разной емкостью. Последние ориентированы в первую очередь на разводку проводов 25-парного пучка магистрального кабеля. Вполне возможна разводка кабелей другой емкости с монолитными проводниками. Использование кабелей с многожильными проводниками не рекомендуется. Известны также коммутационные блоки с меньшим количеством контактов в линейке. Сами контакты бывают 1-, 2-, 4-, и 8-секционными и иногда снабжаются лапкой для пайки или накрутки проводника внутреннего межсоединения. Для облегчения процесса разводки некоторые типы контактов имеют перед режущими кромками направляющую щель. Верхняя часть одного из рабочих элементов снабжается выступом в виде носика, который препятствует выскакиванию провода во время установки.

Некоторые конструкции коммутационных блоков предусматривают штатную защитную крышку, которая устанавливается после завершения процесса разводки проводников кабелей и перемычек. Крышка может просто надеваться на корпус блока или снабжаться петлями. Последние монтируются на пазы организатора перемычек. При этом для обозначения функциональных секций различного назначения вполне возможна окраска крышек в различные цвета. Так, например, компания Siemon предлагает для производимых ею панелей крышки девяти различных цветов.

Функции маркировочных элементов выполняет полоса бумаги, которая обычно укладывается под прозрачную часть защитной крышки панели. Служит для идентификации канала передачи сигнала.

Организаторы обеспечивают аккуратную укладку перемычек в процессе соединения контактов коммутационного блока и в большинстве известных конструкций выполнены в виде пазов в планках, обрамляющих длинную сторону коммутационного поля. Эти пазы обеспечивают только позиционирование перемычек и не создают фиксирующего или ослабляющего натяжение действия.

Элементы крепления панели предназначены для ее монтажа на стене или в 19-дюймовом конструктиве.

Для установки на стену блок монтируется на защелках в пластиковую рамку, которая является штатным крепежным элементом панелей рассматриваемого типа. Правильная ориентация в рабочем положении задается маркирующей надписью «Тор» (верх), иногда дополняемой стрелкой. Эти же рамки выполняют функции основания при монтаже нескольких панелей друг рядом с другом на металлическую настенную раму большого размера. При необходимости установки в помещениях с доступом посторонних лиц используются специальные металлические шкафчики. Монтаж в 19-дюймовых конструктивах используется на практике достаточно редко.

Основными преимуществами коммутационных панелей типа 66 считаются:

-         высокая плотность контактов и хорошие массогабаритные показатели перемычек как элементов коммутации;

          отсутствие пучков коммутационных шнуров обеспечивает эстетичный внешний вид панели.

К их недостаткам в сравнении с другими видами коммутационного оборудования можно отнести требование к более глубокому знакомству администратора со структурой СКС и не вполне удобный процесс самой коммутации с помощью перемычек. Большая длина развития пары перед подключением к контакту типа 66, а также большие габариты самих контактов не позволяют в большинстве случаев получить электрические характеристики коммутационной панели типа 66 выше категории 3, поэтому наибольшее применение они нашли для телефонных систем. Имеется также ограниченная номенклатура панелей типа 66, частотные характеристики которых улучшены главным образом по параметру NEXT за счет уменьшения габаритных размеров контактных элементов S66M1-50 и увеличения расстояния между ними. Так, в частности, высота контактного элемента уменьшена с 25,7 мм (1,01 дюйма) до 19,7 мм (0,775 дюйма). Это позволяет использовать их в системах категории 4 и даже 5.

Коммутационные панели с розетками модульных разъемов

Коммутационные панели рассматриваемого класса (patch panels) имеют на лицевой стороне розетки восьмиконтактных модульных разъемов для соответствующих коммутационных шнуров (рис. 1.6.). Коммутационная панель состоит из:

• коммутационного блока;

• элементов маркировки;

• организаторов кабеля;

• элементов крепления.

Коммутационный блок является базовым конструктивным элементом коммутационной панели с модульными розетками. Он представляет собой пластинчатое основание с установленными на нем в один или несколько рядов розетками модульных разъемов, которые могут быть категории 3, 4 или 5. Основным материалом основания является анодированный алюминий. Пластина основания дополнительно выполняет функции лицевой панели, поэтому имеет соответствующий дизайн и эстетические характеристики.

Рис. 1.6. Коммутационная панель с модульными розетками

структурированный кабельный проектирование

Коммутационные блоки делятся на неразборные и разборные¹⁶. Неразборные блоки имеют модульные розетки, установленные в заводских условиях. Такое решение обеспечивает очень высокую плотность размещения розеток и соответственно возможность разводки на одной панели большого количества кабелей. Передача сигналов от IDC-контактов к информационным розеткам осуществляется по проводникам печатной платы. Из-за использования метода печатного монтажа разводка панелей рассматриваемого типа производства некоторых фирм осуществляется только однопроводным ударным инструментом. Применение пятипарного инструмента запрещается из-за опасности повреждения платы при сильном ударе.

Обычно на задней поверхности панели располагаются только IDC-контакты различной модификации. В некоторых панелях серии SMART израильской компании RIT Technologies IDC-контакты нижнего ряда модульных розеток передней панели заменены на гнезда модульных разъемов. Такое техническое решение позволяет использовать обычные коммутационные шнуры с вилками модульных разъемов как функциональный аналог монтажных шнуров. За счет подключения вилки с задней стороны панели происходит существенная «разгрузка» лицевой поверхности от кабелей шнуров, что улучшает эстетические характеристики и удобство чтения маркировки. В так называемых интеллектуальных панелях этой компании сзади находится дополнительный разъем для подключения ленточным кабелем к сканеру системы PatchView.

Разборные блоки позволяют монтировать на них розеточные модули напрямую или через адаптер в зависимости от конструкции непосредственно на объекте монтажа. Это резко увеличивает функциональную гибкость устройства за счет возможности установки в нее тех модулей и в том количестве, которые необходимы в данном конкретном месте и в данный конкретный момент. Разработчики подобных панелей в качестве еще одного их достоинства отмечают легкость перехода от электрических решений к оптическим, в том числе и в процессе текущей эксплуатации и развития системы. Оставшиеся свободными проемы закрываются съемными заглушками для улучшения внешнего вида и могут быть использованы при необходимости расширения сети. Из-за особенностей конструктивного исполнения массовое применение розеточных модулей с разборными блоками в крупных сетях оказывается обычно мало целесообразным, так как они проигрывают неразборным вариантам как по стоимости, так и по плотности портов (неизбежное следствие универсальности и высокой функциональной гибкости). Считается, что их преимущества проявляются при построении кабельных систем небольшого размера или же при потребности постоянного внесения изменений в кабельную проводку СКС.

Известны две основные модификации конструктивного исполнения разборных блоков. В первой из них, которая получила наибольшее распространение на практике, розеточный модуль представляет собой интегральную конструкцию, и кабель тем или иным способом подключается к нему перед установкой в панель. Компания AMP в своих панелях системы NetConnect использовала другой подход. В них кабель разделывается на контактах панели, а модуль снабжен коммутационной вставкой с печатными проводниками. Применение подобного решения обеспечивает возможность очень гибкого изменения типа интерфейса (гнезда восьми- и шестиконтактных модульных разъемов, розетки электрических разъемов MIC системы Token Ring и т.д.) в зависимости от конкретной ситуации, хотя и сопровождается, как и любое модульное решение, заметным увеличением стоимости готового изделия.

Разборные блоки выполняются как для индивидуальной установки розеточных модулей, так и для монтажа их группами по несколько штук. Последнее решение, использованное, например, в панелях СРР компании Panduit, по своим свойствам занимает промежуточное положение между разборным и неразборным вариантами.

Панели рассматриваемого класса имеют наиболее развитую среди функциональных аналогов номенклатуру маркирующих элементов. Для маркировки отдельных розеток коммутационных панелей кроме их нумерации обычно снизу предусматриваются маркировочные поля прямоугольной формы для записи условных обозначений. Поля могут быть как индивидуальными для каждой розетки, так и непрерывными на целую группу розеток. Запись производится мягким карандашом или специальным маркером типа фломастера. Достаточно редко применяется маркировка сменными надписями, когда на лицевой панели модульной розетки предусматривается окошко - для этикетки со съемной прозрачной крышкой, фиксируемой на защелках. Не исключается возможность использования двойной маркировки портов, когда в дополнение к маркирующему полю предусматривается гнездо для установки цветной вставки с кодирующей иконкой. Это решение реализовано в некоторых типах панелей, выпускаемых компанией Ortronics.

Организаторы кабеля предназначены для обеспечения возможности аккуратной укладки горизонтальных и магистральных кабелей, а также коммутационных шнуров. В подавляющем большинстве случаев организаторы коммутационных шнуров выполняются в виде отдельного элемента. Имеются варианты панелей рассматриваемого класса с интегральными элементами этого типа в основном в виде нескольких разрезных колец, установленных на лицевой панели под розетками модульных разъемов. Организаторы кабелей, которые разделываются на панели, в большинстве случаев для уменьшения габаритов упаковки во время хранения и транспортировки выполняются в форме съемной скобы. Данная скоба крепится к корпусу полки установкой в специальные пазы или на винтах.

Элементы крепления панели используются для ее монтажа на стене или в 19-дюймовом конструктиве. В большинстве случаев применяется второй вариант. Для обеспечения возможности монтажа в 23-дюймовый конструктив некоторые изготовители включают в состав панели штатные адаптеры.

Коммутационные панели для экранированного кабеля отличаются от неэкранированного варианта применением экранированных розеточных модулей и наличием средств заземления кабельного экрана. Заземление в большинстве конструкций с фиксированной конфигурацией выполняется с помощью съемной или интегральной П-образной скобы с зажимами (grounding bracket), которые монтируются в задней части панели. Иногда встречается установка зажимов на отогнутой назад полке корпуса панели. Скоба попутно выполняет функции организатора кабелей. Экранировка розеточных модулей в наиболее совершенных конструкциях производится только индивидуальными кожухами. В конструкциях с разборными блоками низкое переходное сопротивление с шиной заземления иногда обеспечивается только за счет прямого контакта экранирующего кожуха розеточного модуля с установочным гнездом панели. Из-за необходимости применения средств экранирования и заземления плотность портов в экранированной панели обычно оказывается ниже по сравнению с неэкранированным аналогом такой же емкости.

При монтаже на стене панель, как правило, устанавливается в горизонтальном положении. Известны также конструкции на небольшое число портов (как правило, 12), которые монтируются вертикально (например, 558260 компании AMP, HD5-89D-12 фирмы Siemon).

Коммутационные панели с модульными розетками наиболее эффективны в той части СКС, которая используется для обслуживания приложений ЛВС. В этом случае вполне достаточно администрировать полными четырехпарными каналами передачи данных. Смонтированные панели, по мнению авторов, обладают наилучшими среди изделий аналогичного назначения эстетическими характеристиками и отличаются простотой и легкостью процесса коммутации. В то же время, отсутствие возможности администрирования каждой отдельно взятой пары заметно повышает стоимость СКС, что в наибольшей степени сказывается в магистральных подсистемах. Поэтому коммутационные панели с модульными разъемами обычно используются только в горизонтальной подсистеме.

Типовые значения емкости коммутационной панели составляют 12, 16, 24, 32, 48, 64, 96 и 120 розеток (портов). В зависимости от конкретного производителя те или иные значения из этого ряда пропускаются. Применение панелей с большим количеством портов нецелесообразно, так как это затрудняет управление коммутационными шнурами. Большинство производителей панелей рассматриваемого класса выпускают их в двух вариантах, с разводкой 568А и 568В. При монтаже панели рекомендуется пользоваться схемой Т568В подключения горизонтальных кабелей к модульным розеткам. Общие сведения о таких панелях некоторых изготовителей оборудования для СКС приводятся в табл. 43.

Подключение магистральных или горизонтальных кабелей в большинстве панелей производится к IDC-контактам типа 110. Значительно реже для решения этой задачи используются контакты LSA+ фирмы Krone. Обычно контакты располагаются с задней стороны панели в один или два ряда, что вызывает определенные неудобства в процессе выполнения разводки. Для устранения этого недостатка разработаны следующие конструктивные решения:

-         применяются реализации 19-дюймового конструктива, которые позволяют тем или иным способом с помощью различных петель или шарниров откинуть монтируемую панель вбок или вперед под углом, близким к 180°. Это обеспечивает удобный доступ к IDC-контактам на ее задней поверхности;

-         компанией RTF Technologies предложены монтажные кронштейны, которые навешиваются на рельсы 19-дюймового конструктива и служат для установки на них панели с поворотом примерно на 135° относительно нормального рабочего положения. После подключения всех кабелей панель снимается с кронштейнов, сами кронштейны удаляются, и на их место в рабочем положении устанавливается панель;

          модульная панель типа РАТСНМАХ компании Lucent Technologies содержит 4 или 8 (в зависимости от варианта) шестипортовых так называемых распределительных модулей DM2150. Эти модули вставляются в корпус панели на защелках и при необходимости выполнения монтажа кабелей поворачиваются вокруг горизонтальной оси почти на 180°. При этом открывается удобный доступ к IDC-контактам 110 на задней поверхности печатной платы модуля;

          известны конструкции с развернутыми на 180° и выведенными на переднюю панель линейками IDC-контактов, которые располагаются рядом с розетками модульных разъемов. После разделки кабелей контакты закрываются откидной или накладной декоративной заслонкой. Удобство монтажа таких панелей имеет своим следствием некоторое снижение плотности портов, так как линейки IDC-контактов в конструкциях рассматриваемого вида занимают примерно 0,5 U высоты на каждый рад розеток модульных разъемов. В панелях компании Reichle & De-Massari уменьшения плотности портов по сравнению с традиционными конструкциями практически не происходит за счет того, что IDC-контакты после разводки закрываются откидными крышками с маркировочными полями;

          в так называемых панелях Front Access Modular to 110 компании Ortronics, которые могут рассматриваться как разновидность предшествующего решения, установка розеток модульных разъемов выполнена на выступающем из лицевой панели основании. За счет этого кабели к гребенкам типа 110 можно подводить без доступа к задней поверхности. Такое решение не позволяет получить высокие эстетические характеристики, однако незаменимо в случае установки дополнительных панелей в сильно загруженный другим оборудованием монтажный шкаф;

          достаточно редко применяется конструкция панели в виде выдвижной полки, которая в переднем положении дополнительно отклоняется вниз на угол примерно 30° (решение компании Alcatel).

В некоторых конструкциях для подключения многопарных кабелей к модульным панелям применяют разъемы TELCO (табл. 44), причем часто выпускается два варианта этой панели с вилкой и розеткой разъема TELCO. Для обозначения рассмотренных вариантов панелей в англоязычной технической литературе достаточно широко распространены термины «патч-панель типа 110» и «патч-панель типа Telco».

В коммутационных панелях серии SMART израильской компании RIT каждое гнездо розетки дополнительно снабжается красным индикаторным светодиодом, наличие которого существенно увеличивает удобство текущей эксплуатации кабельной системы. Так как такое решение требует передачи управляющих сигналов, то для коммутации применяются специальные девятипроводные шнуры.

Лицевая поверхность панели обычно окрашивается в черный цвет. Не исключается возможность применения цветовой кодировки, облегчающей отнесение панели к той или иной функциональной секции. Так, например, компания ITT Cannon предлагает панели категории 3 черного, красного и зеленого цветов.

2. Проектирование СКС

2.1 Задание на проектирование

 

1.       Общие данные.

1.1.    Кабельная система располагается на 4 этажах кирпичного здания.

1.2.    На четвёртом этаже предусмотрена две отдельная серверная комната с центральным кроссом.

.3.      Кроссы для коммутации оборудования расположены на каждом этаже здания

.4.      В здании размещается 108 рабочих станций, а так же 6 серверов.

Общее количество розеток ЛВС - 114.

Рабочие места располагаются следующим образом:

-                           нулевой этаж                - 6 рабочих мест;

-         первый этаж       - 23 рабочих места;

-         второй этаж        - 27 рабочих мест;

          третий этаж         - 18 рабочих мест;

          четвёртый этаж   - 40 рабочих мест;

2.       Структурированная кабельная система (СКС)

Структурированная кабельная система должна состоять из следующих подсистем:

2.1.    Подсистема рабочего места включает в себя два универсальных порта на базе унифицированных разъёмов RJ-45 для подключения компьютеров и телефонов, три электрические розетки трёх проводного питания вычислительной техники («чистое» электропитание) и одну обычную электрическую розетку для приборов и бытовой техники («грязное» электропитание). В каждое помещение завести дополнительно, до 10% от количества рабочих мест, информационные кабели без оконечной разделки, для возможного увеличения количества рабочих мест.

2.2.    Горизонтальная подсистема должна основываться на медном восьмижильном неэкранированном витом кабеле UTP категории 5 для обеспечения высокоскоростной сети передачи данных. Она должна обеспечить объединение подсистем рабочих мест одного этажа здания. Кабели должны быть проложены в электротехнических коробах по стенам силами подрядчика в поставляемые им же электротехнические короба. Необходимо согласовать количество и мощность лотков и электромонтажных коробов с подрядчиками по охранной и пожарной сигнализации.

2.3.    Вертикальная подсистема для пассивной части компьютерной сети должна объединять в унифицированную сеть горизонтальные подсистемы всех этажей здания и базироваться на 25-парном UTP кабеле категории 5. Вертикальная подсистема должна проводиться по вертикальным шахтам и соединять центр коммуникации этажей.

2.4.    Подсистема оборудования состоит из главного и этажных аппаратных кроссов и обеспечивает переключение цепей.

3.       Требования к активному оборудованию

3.1.    Для построения локальной вычислительной сети выбранное активное оборудование должно быть согласовано с Управлением информатики и автоматизации банковских работ Пермского банка.

3.2.    В сеть должно быть включено 6 серверов и 108 рабочих станций. При этом необходимо обеспечить скорость обмена серверов с сетью не менее 100 бит/с, а рабочих станций с сетью 100 Мбит/с. Активное и пассивное оборудование должно быть установлено и скроссировано в серверной на четвёртом этаже. Серверы и кроссовое оборудование должны быть размещены в стойках.

.3.      Для обеспечения высокой производительности системы необходимо предусмотреть разбиение рабочих станций на сегменты. Кроме того, для увеличения производительности и обеспечения защиты информации необходимо предусмотреть разбиение сети на виртуальные сети (отдел РКО, бухгалтерия, отдел автоматизации, сеть пластиковых карт, остальные отделы), которые будут связаны между собой через маршрутизатор с возможностью работы по протоколам IPX и TCP/IP. Также необходимо предусмотреть возможность работы маршрутизатора по подключению удалённых подразделений. При построении ЛВС необходимо предусмотреть возможность подключения к ней удалённых подразделений через коммутируемые или выделенные линии без изменения структуры сети.

.4.      Сеть должна обладать высокой надёжностью и отказоустойчивостью, для чего необходимо предусмотреть в проекте возможность дублирования ключевых устройств.

.5.      Активное оборудование должно обеспечиваться гарантией не менее одного года.

.6.      Активное оборудование должно поддерживать управление по протоколу SNMP. При этом необходимо предусмотреть необходимое программное обеспечение для управления всей сетью с консоли администратора. В качестве платформы выбрано програмное обеспечение фирмы Cisco Systems CiscoWorks Windows 3.1 for Windows NT/95.

4.       Электропитание

4.1.    Защитное заземление компьютеров и их периферии должно быть выполнено в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2 007-0-75 и ГОСТ 2Г861-83.

.2. Общее сопротивление защитного заземления не должно превышать 2.0 Ом.

4.3.    Должно быть выполнено два контура заземления не связанных между собой:

для заземления средств вычислительной техники, ЛВС и средств связи;

для заземления бытовых электроприборов;

4.4.    Для обеспечения надежной и устойчивой работы единой информационно - вычислительной системы отделения локальных вычислительных сетей (ЛВС) и средств связи; а также для предотвращения потерь и искажения данных создается сеть «чистого» электропитания.

4.5.    Сеть чистого электропитания представляет собой выделенную линию, и разведенную до каждого рабочего места оснащенного средствами вычислительной техники (СВТ).

.6.      Вместе с сетью электропитания прокладывается провод соответствующего контура заземления.

.7.      Для сети «чистого» электропитания следует предусмотреть систему централизованного бесперебойного питания (СЦБП) с возможностью перехода на обычный режим электропитания в случае выхода СЦБП из строя. СЦБП размещается в отдельном помещении с ограниченным доступом и соответствующей вентиляцией.

.8.      Все аппаратные узлы ЛВС (серверы, рабочие станции, аппаратура передачи данных и т.д.) и АТС следует подключать только к сети «чистого» электропитания. Включение других устройств, не являющихся принадлежностью ЛВС, категорически запрещается.

.9.      Для электропитания бытовых приборов должна быть выполнена отдельная сеть «грязного» электропитания.

.10.    Электрические розетки, устанавливаемые на рабочих местах должны быть 3-проводными с заземляющим контактом, соединенными с соответствующим контуром заземления, зануление запрещается. На каждое рабочее место устанавливаются розетки:

-         не менее 3-х трехпроводных для вычислительной техники (с «чистым» электропитанием);

-         и 2 аналогичные для бытовых приборов и освещения (с «грязным» электропитанием).

4.11.  Все установленные электрические розетки должны быть сфазированы по всей сети электропитания и промаркированы следующим образом:

-         буквой «К» - компьютерное (чистое) питание;

-         буквой «Б» - бытовое (грязное) питание.

Расчетная мощность, подводимая на каждое рабочее место - не менее 200 Вт.

4.12.  Электропитание развести на автоматы по каждому помещению отдельно.

4.13.  Предусмотреть питание от 2-х отдельных вводов с автоматическим переключением при попадании напряжения не рабочем вводе (АВР).

5.       Требования к безопасности

5.1.    Общие требования безопасности должны соответствовать требованиям ГОСТ 122007. 0-75.

5.2.    Конструкция и монтаж аппаратных средств должны исключать возможность прикосновения обслуживающего персонала к токоведущим частям.

.3.      Компьютеры, периферийные устройства должны быть подключены к защитному заземлению.

.4.      Переходное сопротивление между клеммой защитного заземления и каждой доступной прикосновению металлической не токоведущей частью, которая может оказаться под напряжением, не должно превышать 0,1 Ом.

.5.      Изоляция электрических цепей составных частей системы относительно корпуса и цепей между собой должна выдерживать в течении одной минуты испытательное напряжение 500 В (эффективное напряжение) переменного тока частотой 50 Гц.

2.2 Стадии проектирования

Проектирование систем телекоммуникаций современных офисов, в частности СКС, разделяется на две основные стадии: архитектурную и телекоммуникационную.

Основной задачей архитектурной стадии проектирования является определение общей структуры СКС, оптимальной по комплексу технико-экономических характеристик в процессе создания и последующей эксплуатации. Она осуществляется на этапе разработки проекта нового или реконструируемого здания. На этой стадии в проект закладываются вертикальные стояки, помещения кроссовых и аппаратных, пути и способы прокладки кабелей как внутри, так и снаружи здания (кабельная канализация). Основными исходными данными для этого этапа проектирования являются:

-         форма, этажность, архитектурные, планировочные и другие особенности и геометрические характеристики здания или их комплекса, а также прилегающей территории;

-         строительные и другие нормативные документы на проектирование служебных помещений систем телекоммуникаций и кабельных трасс;

          нормативная документация по СКС (стандарты);

          дополнительные требования Заказчика.

Работы по проектированию на архитектурной стадии проводятся специализированными проектными организациями с учетом требований подрядчика, который будет реализовывать СКС.

Телекоммуникационная стадия проектирования иногда начинается по окончании архитектурной, однако обычно она выполняется после завершения капитальных строительно-монтажных работ. На ней разрабатывается конкретная структура СКС, составляется перечень необходимого оборудования, планы его размещения и т.д. На данном этапе работы к проектированию привлекаются фирмы, специализирующиеся в области создания СКС и системной интеграции. Эти же компании обычно выполняют и большую часть монтажных и пуско-наладочных работ, которые проводятся одновременно с отделкой внутренних помещений или сразу же после ее завершения. Основными исходными данными для телекоммуникационной стадии являются:

-         результаты обследования здания и прилегающей территории или их проект, выполненный на архитектурной стадии проектирования;

-         нормативная документация по СКС (стандарты);

          дополнительные требования Заказчика, например количество и размещение рабочих мест, количество информационных розеток на рабочем месте, требования к производительности, надежности, безопасности и т.д.

Исходные данные

СКС устанавливается в четырёхэтажном здании плюс цокольный этаж в котором размещается система бесперебойного питания. Размеры здания 30x24 м. Высота этажа в свету между перекрытиями составляет 3,5 метра, толщина перекрытий равна 50 см. В здании на всех этажах использована различная планировка рабочих помещений.

В коридорах и помещениях здания планируется установка подвесного потолка с высотой свободного пространства 35 см. Стены помещений изготовлены из обычного кирпича и отделаны гипсокартоном. Каких-либо дополнительных каналов в полу и стенах, которые могут быть использованы для прокладки кабелей, строительным проектом здания не предусмотрено. Перечень технических помещений, выделенных под кроссовые и аппаратную, приведен в табл. 2.1.

Кроссовая четвёртого этажа расположена в одном помещении с аппаратной из соображений экономии кабеля.

Таблица 2.1. Технические помещения

Номер помещения	Назначение	Площадь
		Фактическая	По норме
103	Кроссовая	9,10	8,4
202	Кроссовая	9,10	8,4
302	Кроссовая	9,10	8,4
402	Аппаратная	36,60	14

Создаваемая СКС должна обеспечивать функционирование оборудования ЛВС, и телефонной сети здания, то есть на каждом рабочем месте монтируется по две телекоммуникационные розетки. Дополнительно предусматривается соединение учрежденческой АТС с входным 100-парным кроссом городской телефонной сети.

Помимо телекоммуникационных розеток на рабочем месте монтируются две силовые розетки, подключенные к сети гарантированного электроснабжения, и одна силовая розетка, подключенная к сети бытового электроснабжения.

В соответствии с требованиями заказчика блоки розеток устанавливаются на высоте 1 м над уровнем пола.

2.3 Архитектурная стадия проектирования

Для прокладки кабелей горизонтальной подсистемы на этажах вдоль коридора за подвесным потолком устанавливаются лотки. Расстояние от верхней кромки лотка до капитального потолка равно 25 см.

В рабочих помещениях прокладка кабеля выполняется в декоративных коробах марки IBOCO TA-GN 80x40. Кроме того используется ещё два вида короба:

-         Короб марки IBOCO TA-GN 200x60 для прокладки проводов в кроссовых и аппаратной;

-         Перфорированный короб марки IBOCO T1-E 60x60 G для прокладки проводов в вертикальных каналах между щитками этажей.

УАТС, серверы и центральное оборудование ЛВС следует размещать в помещении аппаратной, то есть использовать принцип многоточечного администрирования.

2.4 Телекоммуникационная стадия проектирования

Данные о количестве информационных и силовых розеток в каждом помещении занесены в табл. 2.2. Напомним, что на каждом рабочем месте предусматривается по две информационные и три силовые розетки, которые объединяются в единый блок.

Таблица 2.2. Количество розеток в СКС

Этаж	Количество раб. Мест	Информационные розетки категории 5	Силовые розетки
			Чистые	Бытовые
0	6	12	12	6
1	23	46	46	23
2	27	54	54	27
3	18	36	36	18
4	40	80	80	40

Тип розеточных модулей определяется с учетом требований по пропускной способности, конфигурации рабочего места и выбранного способа крепления. В данном конкретном случае удобно использовать двухпортовые розеточные модули.

Проектирование горизонтальной подсистемы

В процессе проектирования горизонтальной подсистемы осуществляется:

-         выбор типа и категории телекоммуникационных розеток;

-         выбор типа и категории кабеля с расчетом его количества;

          проектирование точек перехода (при необходимости их применения).

Выбор типа и категории телекоммуникационных розеток

Выбор типа телекоммуникационных розеток (ТР) однозначно определяется типом среды передачи сигнала.

В соответствии со стандартом ISO/IEC 11801 на каждом рабочем месте минимум одна ТР должна подключаться к кабелю категории 3 или выше. Остальные розетки обслуживают кабель категории 5 или оптический кабель. С целью обеспечения универсальности кабельной системы рекомендуется применять все электрические розетки только категории 5.

На выбор типа телекоммуникационных розеток существенное влияние оказывает их конструктивное исполнение и возможность реализации того или иного способа крепления в точке установки.

В соответствии с требованиями технического задания ЛВС необходимо обеспечить скорость обмена рабочих станций с сетью 100 Мбит/с, поэтому и с целью универсальности СКС выбираем розетки категории 5.

На рабочем месте используем розеточные модули с двумя телекоммуникационными розетками.

Расчет горизонтального кабеля

Выбор типа и категории

Выбор типа и категории кабеля горизонтальной подсистемы зависит от решений определяющих тип среды передачи сигнала.

Согласно стандарту ISO/IEC 11801 для организации горизонтальной подсистемы СКС могут быть использованы симметричный электрический и оптический кабели.

Категория симметричных кабелей из витых пар определяется с учетом табл. 1.2. в зависимости от максимальной частоты передаваемого сигнала. На ранних этапах развития техники СКС в нашей стране достаточно часто использовалась практика доведения до рабочего места одного кабеля категории 5 и одного кабеля категории 3. Первый из них предназначался для подключения компьютера, второй - телефонного аппарата. Применение такого варианта построения горизонтальной подсистемы позволяет несколько снизить общую стоимость СКС за счет меньшей цены кабеля и розетки категории 3 и полностью отвечает действующим редакциям стандартов. Тем не менее такая схема не рекомендуется, так как нарушает принцип универсальности и ограничивает функциональную гибкость. На практике ведущие системные интеграторы в подавляющем большинстве случаев прокладывают до рабочего места два кабеля категории 5 и устанавливают соответствующие розетки.

В случаях двухпортовых рабочих мест некоторая экономия затрат на формирование горизонтальной подсистемы достигается применением сдвоенных кабелей, которые позволяют довести до рабочего места за один цикл протяжки сразу два четырехпарных элемента. Массовое внедрение этого решения сдерживается как некоторым неудобством протяжки такого кабеля за счет его несимметричной формы, так и отсутствием сдвоенных конструкций в производственной программе многих фирм-производителей кабельной продукции.

Многопарные или многоэлементные кабели прокладываются непосредственно до рабочих мест только при использовании упомянутых выше шести- и двенадцатипортовых розеточных модулей. Во всех остальных случаях необходимо проектировать точки перехода. Доведение витых пар многопарного кабеля до индивидуальных розеток без точек перехода не допускается.

Стандарты запрещают запараллеливание пар электрических кабелей и применение муфт для их сращивания. При необходимости использования кабельной разводки СКС для обеспечения работы сетевого оборудования, подключаемого по схеме многоточки, следует применять соответствующие адаптеры.

Анализируя всё вышесказанное и сопоставляя это с требованиями технического задания выбираем кабель категории 5 для обоих информационных розеток каждого рабочего места. Сдвоенный кабель не применяем потому как на российском рынке наблюдается деффицит такого рода кабеля и информационных розеток допускающих подключение такого кабеля. Оптоволокно не выбираем из экономических соображений.

Для включения информационных розеток рабочего места в единую информационную систему Банка предполагается использовать 4-х парный медный кабель «витая пара» категории 5 (UTP 5 cat.) фирмы Pirelli. Данный кабель полностью удовлетворяет всем требованиям стандартов ANSI/EIA/TIA-568-A и ISO/IEC 11801 для кабельных систем.

Цветная маркировка, кроссировка, а также физические характеристики кабеля приведены ниже.

Рис. 2.1. Кроссировка кабеля UTP 5 cat

Таблица 2.3. Цветовая маркировка кабеля UTP 5 cat

№ пары	Цвета пары
1	Белый / Синий
2	Белый / Оранжевый
3	Белый / Зеленый
4	Белый / Коричневый

Кабель прокладывается от кроссовой к каждому отдельно взятому информационному разъему. Длина каждого отдельного сегмента кабеля от кроссового поля технического помещения до информационного разъема не должна превышать 90 м.

Суммарная длина патч-кордов на обоих оконечностях системы не должна превышать 10 м. Минимальный радиус изгиба кабеля 7 см. Максимально допустимое натяжение 7.2 кг.

Законченная горизонтальная кабельная система этажа представляет собой топологию типа «звезда», центром которой является кроссовая.

Таблица 2.4. Физические характеристики кабеля UTP 5 cat

Наименование характеристики	Значение
Толщина, мм	0,51
Количество пар, шт.	4
Масса, кг/1000 м	34,5
Внешний диаметр, мм	5,6

В процессе прокладки каждый кабель маркируется идентичным образом на концах с помощью меток кабеля, на которых указывается уникальный для него идентификационный код следующего типа:

<номер рабочего помещения>-<номер рабочего места>-<тип розетки>

В поле <номер рабочего помещения> указывается номер рабочего помещения в Здании, в поле <номер рабочего места> указывается номер рабочего места в рабочем помещении. Поле <тип розетки> указывает на то, какая функция при проектировании была возложена на данную информационную розетку (компьютерная или телефонная), и может принимать два значения - ‘к’ и ‘т’.

Например, код вида 10-2-к говорит о том, что данный кабель ведет к рабочему месту, находящемуся в помещении номер 10, под номером 2; к компьютерной розетке.

Каждая информационная розетка имеет идентификационный код такого же вида. Кроме того этот код вынесен на патч-панели в техническом помещении, для повышения удобства и гибкости управления и изменения существующей СКС.

Расчет количества

При расчете длины горизонтального кабеля учитываются следующие очевидные положения. Каждая телекоммуникационная розетка связывается с коммутационным оборудованием в кроссовой этажа одним кабелем. В соответствии со стандартом ISO/IEC 11801 длина кабелей горизонтальной подсистемы не должна превышать 90 м. Кабели прокладываются по кабельным каналам. Принимаются во внимание также спуски, подъемы и повороты этих каналов.

Существует два метода вычисления количества кабеля для горизонтальной подсистемы:

-         метод суммирования;

-         эмпирический метод.

Метод суммирования заключается в подсчете длины трассы каждого горизонтального кабеля с последующим сложением этих длин. К полученному результату добавляется технологический запас величиной до 10%, а также запас для выполнения разделки в розетках и на кроссовых панелях. Достоинством рассматриваемого метода является высокая точность. При отсутствии средств автоматизации, а также при проектировании СКС с большим количеством портов такой подход оказывается чрезмерно трудоемким. Он может быть рекомендован для использования только в случае наличия у разработчика специализированных программ автоматического проектирования (например, пакета AutoCad или CADdy), когда рутинные операции учета всех спусков, поворотов и т.д., а также подсчета общей длины каждого проброса выполняются средствами вычислительной техники.

Эмпирический метод реализует на практике положение известной центральной предельной теоремы теории вероятностей и, как показывает опыт разработки, дает хорошие результаты для кабельных систем с числом рабочих мест свыше 30. Его сущность заключается в применении для подсчета общей длины горизонтального кабеля, затрачиваемого на реализацию конкретной кабельной системы, обобщенной эмпирической формулы.

Единственным существенным ограничением метода является необходимость предположения того, что рабочие места распределены по площади обслуживаемой территории равномерно. В случае нарушения этого условия рабочие места объединяются в группы, в которых с большей или меньшей точностью выполняется принцип равномерного распределения. Для каждой такой группы расчет выполняется отдельно. Этот прием позволяет свести задачу проектирования к предыдущему случаю. Несложно убедиться в том, что при дальнейшем дроблении групп вплоть до одиночного кабеля эмпирический метод переходит в метод суммирования.

На основании сделанных предположений средняя длина L кабельных трасс принимается равной:

Lav =(L max+ L min)*0,5*Ks + X,            (2.1)

где Lmax и Lmin - длина кабельной трассы от точки ввода кабельных каналов в кроссовую до телекоммуникационной розетки соответственно самого близкого и самого далекого рабочего места, рассчитанная с учетом особенностей прокладки кабеля, всех спусков, подъемов, поворотов, межэтажных сквозных проемов (при их наличии) и т.д.;

Ks - коэффициент технологического запаса - 1,1 (10%);

X - запас для выполнения разделки кабеля. Со стороны рабочего места он принимается равным 30 см. Со стороны кроссовой этот параметр зависит от ее размеров и численно равен расстоянию от точки входа горизонтальных кабелей в помещение кроссовой до самого дальнего коммутационного элемента опять же с учетом всех спусков, подъемов и поворотов.

Далее рассчитывается общее количество Ncr кабельных пробросов, на которые хватает одной катушки кабеля:

Ncr=Lcb/Lav,                                                                          (2.2)

где Lcb - длина кабельной катушки (стандартные значения 305 м, 500 м и 1000 м), причем результат округляется в меньшую сторону до ближайшего целого.

На последнем шаге получаем общее количество кабеля Lc, необходимое для создания кабельной системы:

 

Lc = Lcb*Nto/Ncr                                                                    (2.3)

где Nto - количество телекоммуникационных розеток.

Так как в нашем случае места распределены не очень равномерно, а кроме того на каждом из этажей их число небольшое то мы используем метод суммирования. При этом необходимо учесть, что вертикальный спуск кабеля берётся равным 3 м. Подсчёт информационного кабеля удобно выполнить в программе AutoCAD 2000, в которой и создавались планы разводки кабеля к рабочим местам.

Общая длина кабеля необходимая на горизонтальную подсистему получилась равной = 9800 м.

Проектирование подсистемы внутренних магистралей

Кабели подсистемы внутренних магистралей связывают между собой помещения кроссовых и аппаратную. По этим кабелям передаются в основном сигналы сетевой аппаратуры ЛВС и телефонные сигналы учрежденческой АТС. В соответствии с принятым в системе принципом использования двухпортовых телекоммуникационных розеток на рабочих местах и с учетом отсутствия этажных выносов учрежденческой АТС следует ожидать передачи по магистральным кабелям сигналов значительного числа телефонных разговоров. Исходя из этого и согласно принятому многоточечному администрированию принимается следующая идеология построения подсистемы внутренних магистралей:

-         для организации подсистемы внутренних магистралей, обслуживающей работу ЛВС, используется электрический кабель категории 5 25-парный.

Рассчитаем емкость кабелей в парах. Проектируемая кабельная система имеет высокую степень интеграции: две информационные розетки с соответствующим количеством горизонтальных кабелей на рабочее место. Поэтому на каждое рабочее место во внутренней магистрали здания следует предусмотреть 4 пары категории 5. Используя известные значения рабочих мест на каждом этаже, высоты этажей (4 м) и запаса для разделки кабеля (3 м с каждого конца), рассчитываем длину трасс внутренних магистральных кабелей. Результаты расчетов заносим в табл. 2.5.

Таблица 2.5. Таблица магистральных соединений

Маркировка	Начало	Конец	Кол-во инф. розеток	Кол-во необходимых пар	Тип кабеля	Кол-во пар кабеля	Кол-во кабелей	Длина трассы (м)	Всего
КМ014	103	402	58	232	Кат. 5	25	10	26	260
КМ024	202	402	54	216	Кат. 5	25	10	22	220
КМ034	302	402	36	144	Кат. 5	25	6	18	108
КМ044	402	402	80	320	Кат. 5	25	14	4	56

Суммируя полученные значения, находим, что с учетом технологического запаса в 10% потребуется 708 метра 25-парного кабеля категории 5.

Подсистема кабелей оборудования

Под кабелями оборудования в данном случае понимаются коммутационные, оконечные и монтажные шнуры, с помощью которых к СКС подключается активное сетевое оборудование, установленное в помещениях кроссовых и аппаратных. В процессе проектирования этой подсистемы осуществляется выбор:

-         метода подключения сетевого оборудования к кабельной системе;

-         типа и категории кабелей оборудования, а также производится расчет количества этих элементов.

Выбор метода подключения сетевого оборудования к кабельной системе

Основное назначение рассматриваемой подсистемы - подключение активного сетевого оборудования (коммутаторов и повторителей ЛВС и т.д.) к кабельной системе. Такое подключение может выполняться в любой кроссовой кабельной системы. В кроссовой верхнего уровня (КВМ и КЗ) к СКС подключается центральное сетевое оборудование (центральный коммутатор, УАТС, контроллеры системы сигнализации и другие аналогичные устройства, тогда как КЭ обслуживают активное сетевое оборудование, которое работает только на ограниченную группу пользователей (обычные и коммутирующие концентраторы рабочих групп, выносные блоки телефонных станций и т.д.).

Подсистема кабелей оборудования, как и подсистема кабелей рабочего места, не входит в область действия стандарта ISO/IEC 11801, так как на конструкцию компонентов этих подсистем сильное влияние оказывают конкретные приложения. Поэтому проектирование на данном этапе проводится с учетом рекомендаций фирм-производителей активного оборудования и стандартов на используемое приложение.

Тем не менее стандарт содержит ряд ограничений относительно длины и пропускной способности кабелей оборудования. Так, общая длина кабелей рабочего места, кабелей оборудования и коммутационных шнуров (кроссировочного провода) горизонтальной подсистемы не должна превышать 10 м. В случае если сетевое оборудование подключается к кабельной системе в кроссовой здания или территории, длина кабелей оборудования не должна быть более 30 м.

Активное сетевое оборудование можно подключить к кабельной системе тремя основными способами:

-         коммутационным соединением;

-         коммутационным подключением;

          с помощью связи между кроссами.

При коммутационном соединении активное сетевое и коммутационное оборудование должно располагаться рядом друг с другом. Каналы передачи информации образуются коммутацией между разъемами на корпусе активного распределительного устройства и разъемами коммутационного оборудования с помощью коммутационных шнуров соответствующего типа.

Отличительной чертой коммутационного подключения является «фиксированное» отображение портов активного оборудования на дополнительную коммутационную панель, выполняемое с помощью так называемого монтажного шнура или обычного оконечного шнура при условии использования коммутационных панелей специального вида. Рассматриваемое решение требует примерно вдвое большего количества коммутационных панелей по сравнению с первым. Основными его преимуществами являются:

-         сведение практически до нуля вероятности повреждения электрического порта дорогостоящего сетевого оборудования в процессе эксплуатации за счет минимизации количества переключений на нем;

-         существенная «разгрузка» лицевых панелей коммутационного поля от шнуров, что улучшает как его эстетические характеристики, так и удобство чтения маркировки.

Связь между кроссами может рассматриваться как развитие предыдущего метода на часто встречающийся на практике случай монтажа коммутационного и сетевого оборудования в нескольких шкафах и широко применяется при построении СКС с большим количеством портов. Этот метод также позволяет обеспечить независимость от типа разъемов на корпусах активных распределительных устройств. Подключение осуществляется многопарным симметричным кабелем, один конец которого разделывается на кроссовой или коммутационной панели кабельной системы, а второй - разводится на выходной кроссовой панели активного распределительного оборудования. Каналы передачи информации образуются коммутацией в каждом из этих коммутационных устройств.

При выборе способа подключения сетевого оборудования рекомендуется пользоваться двумя основными правилами:

-         для активного сетевого оборудования ЛВС наиболее предпочтительным является коммутационное соединение, если это позволяет сделать масштаб кабельной системы;

-         для остальных приложений следует использовать связь между кроссами.

Так как всё активное сетевое оборудование в нашем случае располагается в аппаратной то выбираем метод подключения - коммутационным соединением.

Проектирование административной подсистемы

Разработка административной подсистемы является наиболее сложным этапом проектирования СКС. В процессе этой работы решаются следующие задачи:

-         Определение функциональных секций кроссовых и аппаратных;

-         Расчет емкости каналов передачи информации;

          Определение типа коммутационного оборудования;

          Разработка планов размещения оборудования в помещениях кроссовых и аппаратных;

          Расчет количества конструктивных единиц коммутационного оборудования;

          Расчет количества коммутационного оборудования;

          Определение типов и количества коммутационных шнуров.

В проектируемой СКС количество телекоммуникационных розеток, которые предполагается использовать для обеспечения функционирования телефонной системы, совпадает с количеством розеток для подключения ЛВС. На основании этого в качестве коммутационного оборудования используем панели типа 110.

Из-за большого количества обслуживаемых кабелей в аппаратной будем использовать смешанный способ размещения оборудования - на стене и в шкафу. В кроссовой все оборудование может быть размещено в шкафу. Другим возможным вариантом является применение открытой 19-дюймовой стойки.

В кроссовых для коммутации кабелей горизонтальной подсистемы с кабелями внутренней подсистемы будем использовать метод коммутационного соединения. В аппаратной подключение активного оборудования ЛВС производится так же методом коммутационного соединения.      

Расчет количества отдельных функциональных элементов производится исходя из того, что на одном 100-парном кроссовом блоке 110 разделываются 24 горизонтальных кабеля или четыре многопарных кабеля. Результаты расчетов коммутационного оборудования сведены в табл. 2.6.

Таблица 2.6. Состав оборудования кроссовой

Цветовая кодировка	Назначение	Кол-во кабелей	Пар в кабеле		Всего пар		Пар в канале		Каналов		Тип комм-го обор.		Кол-во устройств
Кроссовая: 1 этаж
Голубая	Гориз. кабели	58	4		232		4		58		100-парные блоки 110		3
Белая (кат 5)	Внутренняя магистраль	10	25		250		4		58		100-парные блоки 110		3
Кроссовая: 2 этаж															Гориз. кабели	54	4		216		4		54		100-парные блоки 110		3
Белая (кат 5)	Внутренняя магистраль	10	25		250		4		54		100-парные блоки 110		3
Кроссовая: 3 этаж
Голубая	Гориз. кабели	36	4		144		4		36		100-парные блоки 110		2
Белаяь(кат 5)	Внутренняя магистраль	6	25		150		4		36		100-парные блоки 110		2
Кроссовая: 4 этаж
Голубая	Гориз. кабели	80	4		320		4		80		100-парные блоки 110		4
Белая (кат 5)	Внутренняя магистраль	13	25		325		4		80		100-парные блоки 110		4
Аппаратная: 4 этаж
Голубая	Кабели 1 этажа	58		4		232		4		58		Патч панели RJ-45		1x48 портов 1x16 портов
Голубая	Кабели 2 этажа	54		4		216		4		54		Патч панели RJ-45		1x48 портов 1x16 портов
Голубая	Кабели 3 этажа	36		4		144		4		36		Патч панели RJ-45		1x48 портов
Голубая	Кабели 4 этажа	80		4		320		4		80		Патч панели RJ-45		2x48 портов
Зеленая	Кабели ГТС	1		100		100		1		100		Патч панели RJ-45		2x48 портов 1x16 портов

Площадь помещений кроссовых даже несколько превышает рекомендуемую, поэтому оборудование может быть размещено в закрытых монтажных шкафах. В кроссовых используем настенные 19 дюймовые шкафы. В аппаратной используем шкаф напольный 42U.

Расчет количества и определение длины оконечных и коммутационных шнуров

На рабочих местах для подключения персональных компьютеров к телекоммуникационным розеткам применяются оконечные шнуры с вилками модульных разъемов. Всего в СКС для подключения рабочих станций к ЛВС предполагается использовать 228 розеток. Могут быть использованы шнуры длиной 2 метра. Часть шнуров (около 10%) может иметь большую длину, например 5 м. Всего потребуется 200 шнуров длиной 2 м и 28 шнуров длиной 5 м.

Оконечные шнуры для подключения телефонных аппаратов обычно поставляются в комплекте с телефонными аппаратами и в спецификацию не включаются.

В кроссовых используются четырехпарные шнуры с вилками типа 110 для подключения горизонтального кабеля к вертикальному через кросс-панели 110, - всего 912 шнуров;

В помещении аппаратной используются оконечные шнуры для подключения УАТС и для подключения рабочих мест к сетевому оборудованию ЛВС.

Для подключения ЛВС потребуются монтажные шнуры с вилками модульных разъемов с обоих сторон. Их длина зависит от расстояния между монтажным шкафом и кроссовым полем. Максимальная длина монтажного шнура достигает 10 м. Предусмотрим для этой цели 100 шнуров длиной 10 м и 128 шнуров длиной 5 м.

Все коммутационные панели и активное сетевое оборудование, устанавливаемое в кроссовых, монтируется в 19-дюймовых шкафах высотой 42 U. Для улучшения условий охлаждения предусматривается вентиляторная полка.

3. Проектирование силовой кабельной системы

3.1 Силовые кабельные системы в здании

Силовая проводка здания, предназначенная для подводки электропитания к компьютерному оборудованию, должна быть функционально отделена от силовой кабельной проводки общего назначения.

Исходные данные для расчета:

-         номинальная мощность силового компьютерного рабочего места (две розетки) -300Вт;

-         номинальная мощность силового бытового рабочего места (одна розетка) - 500 Вт;

Для силовой сети используем силовой кабель 3х2.5 мм² с медными жилами. Распределение рабочих мест силовых сетей по группам представлено ниже.

3.2 Выделенная компьютерная силовая кабельная система

На каждом рабочем месте выделенной компьютерной силовой кабельной системы будет установлено либо две силовых евророзетки L/83129 немецкого стандарта производства фирмы Legrand серии Gallon для монтажа в короб, либо две силовых евророзетки L/74130 немецкого стандарта серии Mosaic 45 для монтажа в коробки в пол.

Распределение силовых компьютерных рабочих мест по группам

Распределение силовых компьютерных рабочих мест по группам показано в табл. 11.

Таблица 3.1. Распределение силовых компьютерных рабочих мест по группам

Номер группы	Номера комнат данной группы рабочих мест				Количество рабочих мест в группе	Уст. мощность данной группы, Р уст. (кВт)
Первый этаж
1	101 (Банкомат)				1	0,7
2	102, 104				5	1,5
3	107, 108				7	2,1
4	109				3	0,9
5	105				4	1,2
6	106, 107				3	0,9
7	001,002,003				6	1,8
Второй этаж
1	206				8	2,4
2	207				3	0,9
3	201				4	1,2
4	205 (Колонна)				4	1,2
5	205				3	0,9
6	203				3	0,9
7	204				2	0,6
Третий этаж
1		301			4	1,2
2		303, 305			3	0,9
3		304 (Колонна)			4	1,2
4		305, 306			3	0,9
5		304 (Колонна)		4		1,2
Четвертый этаж
1			Стойка активного обор.	8		2,4
2			402 (Сервера)	6		1,8
3			407	4		1,2
4			406	4		1,2
5			405	4		1,2
6			404	9		2,7
7			403	4		1,2
8			401	9		2,7

Расчет состава компонент компьютерной силовой кабельной системы

1) Распет необходимого количества силовых розеток и подрозетников:

Общее количество силовых розеток компьютерной силовой кабельной системы составляет 354 шт., из них 270 шт. - L/83129 серии Galion для монтажа в короб, и 84 шт. - в комплекте с колоннами.

Для монтажа розеток в короб требуется:

2-х постовых рамок Galion L/30370 для крепления розеточных разъемов вдоль профиля короба 80х40: 270 шт.;

2) Расчет необходимого количества кабеля:

Расчет количества кабеля для компьютерной силовой сети производим с использованием программы проектирования AutoCad2000:

-         для проводки силового кабеля к рабочим местам потребуется 9800 м трёхжильного кабеля;

Расчёт однолинейных схем

Однолинейная расчётная схема представляет собой схему распределения рабочих мест по группам с указанием потребляемой мощности и выбором необходимых автоматов.

Расчёт однолинейных схем производится согласно следующим этапам:

1)       Рабочие места разбиваются на группы

          Количество рабочих мест в группе не должно превышать 10 шт.;

-         Группа обычно образуется рабочими местами находящимися в одной отдельной комнате;

          Банкоматы и стойки активного оборудования должны входить в отдельную группу.

2)       Расчёт тока в группе.

          Складываются номинальные мощности всех рабочих мест в группе;

-         Расчитывается ток группы, путём деления номинальной мощности группы на напряжение питания (220 В);

3)       Выбор устройства защитного отключения (УЗО).

          Суммарный ток утечки сети с учётом присоединяемых стационарных и переносных электроприёмников в нормальном режиме работы не должен превосходить 1/3 номинального тока УЗО.

-         УЗО на группу выбирается из условия: номинальный ток УЗО должен превышать суммарный ток группы на 30%.

Однолинейные схемы с расчётом мощности тока и выбором автоматов представлены в приложении 1.

В качестве примера проведём расчёт однолинейной схемы третьего этажа.

1)       Рабочие места разбиваются на группы в соответствии с таблицей 3.1.

          Количество групп = 5;

-         Установочная мощность групп:

          1 гр. 1.2 кВт;

          2 гр. 0.9 кВт;

          3 гр. 1.2 кВт;

          4 гр. 0.9 кВт;

          5 гр. 1.2 кВт;

          Суммарная мощность = 5.4 кВт.

2)       Расчёт тока в группе.

          Рассчитывается ток группы, путём деления номинальной мощности группы на напряжение питания (220 В);

-         1 гр. 1.2 кВт/220 В = 5.45 А;

          2 гр. 0.9 кВт/220 В = 4.09 А;

          3 гр. 1.2 кВт/220 В = 5.45 А;

          4 гр. 0.9 кВт/220 В = 4.09 А;

          5 гр. 1.2 кВт/220 В = 5.45 А;

          Суммарный ток групп = 24.54 А

3)       Выбор устройства защитного отключения (УЗО).

          1 гр. 20 А;

-         2 гр. 16 А;

          3 гр. 20 А;

          4 гр. 16 А;

          5 гр. 20 А;

          УЗО на группу:

Суммарный ток групп = 24.54 А, следовательно УЗО на группу необходимо выбрать на 40 А.

 

.3 Система бесперебойного питания

В России требования к качеству электрической энергии стандартизованы. ГОСТ 23875-88 дает определения показателям качества электроэнергии, а ГОСТ 13109-87 устанавливает значения этих показателей. Этим стандартом установлены значения показателей в точках подключения потребителей электроэнергии. Для пользователя это означает, что он может требовать от энергоснабжающей организации, чтобы установленные нормы соблюдались не где-то в энергосистеме, а непосредственно в его розетке.

Наиболее важные показатели качества электроэнергии - это отклонение напряжения от номинального значения, коэффициент несинусоидальности напряжения, отклонение частоты от 50 Гц.

Согласно стандарту в течение не менее 95% времени каждых суток фазное напряжение должно находиться в диапазоне 209-231 В (отклонение 5%), частота в пределах 49.8-50.2 Гц, а коэффициент несинусоидальности не должен превышать 5%.

Остальные 5 или менее процентов времени каждых суток напряжение может изменяться от 198 до 242 В (отклонение 10%), частота от 49.6 до 50.4 Гц, а коэффициент несинусоидальности должен быть не более 10%. Допускаются также более сильные изменения частоты: от 49.5 Гц до 51 Гц, но общая длительность таких изменений не должна превышать 90 часов за год.

Таблица 3.2. Виды сбоев электропитания

Вид сбоя электропитания	Причина возникновения	Возможные следствия
Пониженное напряжение, провалы напряжения	Перегруженная сеть, неустойчивая работа системы регулирования напряжения сети, подключение потребителей, мощность которых сравнима с мощностью участка электрической сети	Перегрузки блоков питания электронных приборов и уменьшение их ресурса. Отключение оборудования при недостаточном для его работы напряжении. Выход из строя электродвигателей. Потери данных в компьютерах.
Повышенное напряжение	Недогруженная сеть, недостаточно эффективная работы системы регулирования, отключение мощных потребителей	Выход из строя оборудования. Аварийное отключение оборудования с потерей данных в компьютерах.
Высоковольтные импульсы	Атмосферное электричество, включение и отключение мощных потребителей, запуск в эксплуатацию части энергосистемы после аварии.	Выход из строя чувствительного оборудования.
Электрический шум	Включение и отключение мощных потребителей. Взаимное влияние работающих неподалеку электроприборов.	Сбои при выполнении программ и передаче данных. Нестабильное изображение на экранах мониторов и в видеосистемах.
Полное отключение напряжения	Срабатывание предохранителей при перегрузках, непрофессиональные действия персонала, аварии на линиях электропередач.	Потери данных. На очень старых компьютерах - выход из строя жестких дисков.
Гармонические искажения напряжения	Значительную долю нагрузки сети составляют нелинейные потребители, оснащенные импульсными блоками питания (компьютеры, коммуникационное оборудование). Неправильно спроектирована электрическая сеть, работающая с нелинейными нагрузками, перегружен нейтральный провод.	Помехи при работе чувствительного оборудования (радио и телевизионные системы, измерительные комплексы и т.д.)
Нестабильная частота	Сильная перегрузка энергосистемы в целом. Потеря управления системой.	Перегрев трансформаторов. Для компьютеров само по себе изменение частоты не страшно. Нестабильная частота является лучшим индикатором неправильной работы энергосистемы или ее существенной части.

Система бесперебойного электропитания на все здание в целом

Учитывая, что здание находится в месте, имеющем достаточно хорошо развитую инфраструктуру энергообеспечения, систему гарантированного электроснабжения (СГЭ) целесообразно построить с применением современных технологий, исключающих возможность сбоев и пропадание электроэнергии.

К зданию подводятся два независимых городских ввода от разных городских подстанций. Для автоматического переключения при отказе одного из вводов предусмотрен автомат включения резерва (АВР). Кроме того, на время переключения входных линий или пропадания электропитания все компьютерное оборудование здания запитьгвается через ИБП для предотвращения сбоев в работе всей компьютерной системы, включая центральное сетевое оборудование, системы связи, системы безопасности, сетевые концентраторы, серверы, рабочие станции и периферийное оборудование.

В наиболее критичных компонентах комплекса (серверы, активное оборудование ЛВС и др.) предполагается использовать дополнительные автономные системы бесперебойного электропитания.

Принципы организации системы

В рассматриваемом проекте СГЭ повышение надежности достигается за счет использования параллельного комплекса ИБП на базовом уровне защиты.

Для создания СГЭ решено применить ИБП фирмы CHLORIDE, работающие по технологии «true-online». Данное решение обосновано высокой степенью стабилизации напряжения и обеспечением защиты от прослушивания по сети электропитания.

Решения по построению параллельного комплекса ИБП, предлагаемые фирмой CHLORIDE, являются уникальными в секторе мощных ИБП в мире и заключаются в следующем:

• возможно объединение до 6 аппаратов серии EDP90 одной модели, таким образом, общая выходная мощность комплекса может достигать 3000 кВА (6 блоков по 500 кВА каждый);

• построение параллельного комплекса может производиться как по централизованному принципу (с выделением статического переключателя обходной цепи в виде объединительного блока), так и по децентрализованному (модульному) принципу - без объединительного блока (см. рис. 3.1.). Другие фирмы-производители мощных ИБП реализуют, как правило, только одну из этих схем параллельного комплекса;

Рис. 3.1. Модульная и централизованная схемы построения СГЭ

• централизованная структура обладает более высокой надежностью (при обеспечении условия избыточности), однако требует установки объединительного кабинета в соответствии с прогнозируемым значением суммарной выходной мощности комплекса. Модульная структура позволяет наращивать комплекс постепенно, добавляя новые блоки к уже установленным (при этом практически не требуется модификация оборудования или его замена);

• управление комплексом как централизованной, так и модульной структуры производится по принципу распределенной логики, т.е. без центрального управляющего звена. Таким образом, микропроцессорные блоки синхронизации работы параллельного комплекса в каждом ИБП полностью равноправны и отключение либо выход из строя одного из ИБП не приводит к потере работоспособности комплекса в целом.

Объединение нескольких блоков ИБП CHLORIDE в параллельный комплекс, как правило, имеет целью решение следующих задач:

• После установки одного блока СГЭ определенной мощности увеличивается количество технических систем, требующих защищенного питания. Как следствие, необходимо увеличить мощность СГЭ, что достигается подключением еще одного блока ИБП такой же мощности. Все ИБП в таком комплексе работают на общую нагрузку, разделяя выходную мощность.

• По техническим условиям эксплуатации оборудования необходимо гарантировать его энергоснабжение даже в случае отказа одного из блоков ИБП. В таком случае необходимо построить параллельный комплекс по схеме с горячим аппаратным резервированием (избыточностью). Такая схема позволяет также производить техническое обслуживание и ремонт любого блока ИБП не только без отключения нагрузки, но и с сохранением стабильно высоких показателей качества электроэнергии на выходе комплекса (см. функциональные схемы на рис. 3.2).

Рис. 3.2. Диаграммы функционирования параллельных комплексов ИБП

В таблице 3.3 приведены статистические характеристики надежности параллельных комплексов, построенных по централизованному и модульному принципу на базе ИБП серии EDP90 производства фирмы CHLORIDE.

Таблица 3.3. Статистические характеристики надежности параллельных комплексов

Число параллельных ИБП	Коэффициент избыточности	Централизованная система		Модульная система
		без резервного ввода	с резервным вводом	без резервного ввода	с резервным вводом
1	0	24,000	208,000	24,000	208,000
2	1	116,000	293,000	97,000	195,000
3	1	293,000	83,000	145,000

Сравнение числовых показателей средней наработки на отказ (в часах) наглядно показывает следующее:

• наличие резервного ввода существенно повышает надежность комплекса в целом. Однако, необходимо иметь в виду, что при подключении нагрузки к резервному вводу ее питание производится от нестабилизированной сети;

• модульная система при прочих равных условиях обладает меньшим уровнем надежности. Положительным свойством такой системы является, как отмечалось выше, ее меньшая стоимость и гибкость наращивания.

• На рис. 3.3 приведена схема подключения силовой кабельной проводки здания к питающему силовому оборудованию.

Рис. 3.3. Система обеспечения бесперебойного электропитания

Суммарная нагрузка по потреблению «чистого» электропитания Банка составляет 69,6кВт/120кВА. Нагрузка рассчитана исходя из следующих данных (табл. 3.4.):

Таблица 3.4. Суммарная нагрузка по потреблению «чистого» электропитания Банка

Подсистема	Нагрузка одного элемента	Количество	Общая нагрузка
Компьютеры	300 Вт	118	35,4кВт
Банкомат	1000 Вт	1	1 кВт
Серверы, УАТС	500 Вт	6	3 кВт
Активное оборудование ЛВС	100 Вт	6	0,6 кВт
Принтеры	100 Вт	16	1,6 кВт
Системы безопасности	10 кВт	1	10 кВт
Лифт	8 кВт	1	8 кВт
Аварийное освещение	10 кВт	1	10 кВт
ИТОГО			69,6 кВт

Для защиты нагрузки указанной мощности решено использовать комплексную систему, состоящую из АВР, рассчитанного на ток нагрузки до 300 А и имеющего время переключения 10-30 мс, источника бесперебойного питания марки Chloride EDP90/600 - состоящего из 3-х ИБП мощностью по 60 кВА и батареи с временем автономной работы 15-20 минут. Данное время является оптимальным для обеспечения возможности останова и сохранения данных основной массы пользователей КИВС и обеспечения возможности длительной работы для некоторых пользователей.

АВР - это необслуживаемое устройство, предназначенное для коммутации одного выходного питающего фидера на один из двух входных городских фидеров. АВР имеет микропроцессорное управление и позволяет устанавливать время переключения на резервную линию в диапазоне 10-30 мс.

ИБП серии EDP90/600 - это семейство трехфазных ИБП, изготовленных по технологии «on-line». Источники бесперебойного питания серии EDP90 спроектированы для стабилизации питающей сети и для подачи электроэнергии на нагрузку при помощи герметичных необслуживаемых батарей.

Функционирование ИБП

Данный ИБП имеет предназначен для защиты различного оборудования в условиях нестабильного электропитания с низкими показателями качества электроэнергии. ИБП рассчитан на круглосуточную работу без контроля персонала.

Источники бесперебойного электропитания серии EDP 90 выполняются по технологии «on-line» (двойного преобразования) и обеспечивают надежное и качественное энергоснабжение потребителей в условиях нестабильной электросети. Функционирование ИБП контролируется встроенным микропроцессором. Обобщенная схема ИБП показана на рис. 3.4.

Ручной переключатель резервной линии

Рис. 3.4. Структура ИБП серии EDP90

Характеристики ИБП CHLORIDE EDP 90/600 приведены в таблице 3.5.

Таблица 3.5. Характеристики ИБП CHLORIDE EDP 90/600

Номинальная мощность (кВА, PF=O.8, tОКР=40oC):	60
Номинальная мощность (кВА, PF=O.8, tОКР=25oC):	66
Вход:
Напряжение	380/400/415 В, три фазы,
допуск по напряжению	±15%, (-25% без разряда батарей)
Частота	50/60 Гц
допуск по частоте	±5%
Выход:
Напряжение		220/380/400/415 В, три фазы + нейтраль
Стабильность по напряжению
- (стабильная работа)		±1%
- мгновенное 100% изменение нагрузки		±5%
Стабильность по частоте
- при синхронизации с резервным вводом		±0.75% (программируется до ±6%)
- внутр. синхронизация		±0.05%
Перегрузочная способность инвертора		125% в течение 10 мин 150% в течение 1 мин
Уровень гармонических искажений при 100% линейной нагрузке		<3%
Уровень гармонических искажений при 100% нелинейной нагрузке		<5%
Крест-фактор нагрузки (Iпик/Iдейств)		до 3:1
Время переключения инвертор / резервный ввод		не более 0.5 мс
Уровень шума при 100% нагрузке		62 dBA/lм
Максимальная рассеиваемая тепловая мощность		5.76 кВт

Назначение основных блоков ИБП рассмотрено ниже.

Выпрямитель/зарядное устройство ИБП преобразует входное переменное напряжение в постоянное, используемое для работы инвертора и заряда аккумуляторных батарей. Выпрямитель построен по тиристорной технологии и имеет быстродействующие защитные устройства на каждой входной фазе. Для снижения нелинейных искажений во входной сети выпрямитель может быть выполнен по 12-импульсной схеме и дополнен входным фильтром гармонических искажений.

ИБП комплектуется герметичными свинцово-кислотными аккумуляторными батареями с длительным сроком службы, соответствующими по классификации EUROBAT группе «10+», т.е., имеющими срок службы более 10 лет. Применяемые батареи имеют российские сертификаты безопасности и соответствия, при их установке не требуется выполнение специальных требований по вентиляции помещений и защите персонала.

Возможно использование как герметичных, так и негерметичных (обслуживаемых) свинцово-кислотных аккумуляторов, а также никель-кадмиевых аккумуляторов. Характеристики режимов заряда и разряда автоматически устанавливаются микропроцессорным блоком контроля ИБП в зависимости от типа используемых аккумуляторов, их температуры, а также длительности разряда. При длительном (более 1 часа) заряде минимально допустимое напряжение повышается до 1.75 В/элемент, при продолжительности разряда более 10 часов - до 1.80 В/элемент. Такая регулировка обеспечивает предотвращение глубокого необратимого разряда батарей и их сульфатацию.

Выпрямитель позволяет при понижении входного напряжения до -25% от номинального значения не использовать энергию аккумуляторных батарей, тем самым значительно увеличивая срок службы.

Зарядное устройство автоматически производит тест состояния аккумуляторов. Периодичность теста может быть изменена пользователем. Перед выполнением теста производится проверка текущих параметров функционирования остальных систем ИБП, с тем чтобы гарантировать надежную работу оборудования при возникновении аварии электропитания во время теста.

Выпрямители/зарядные устройства нескольких ИБП могут быть объединены для параллельной работы с одним батарейным комплексом.

Инвертор ИБП серии EDP90 построен по транзисторной технологии с широтно-импульсной модуляцией и микропроцессорным управлением. Выходные параметры инвертора контролируются одновременно и независимо по трем фазам для обеспечения высокостабильных показателей качества. В автоматическом режиме производится синхронизация инвертора с входным напряжением (при условии, что частота входного напряжения находится в допустимых пределах). При выходе параметров входной сети за пределы допуска синхронизация осуществляется с помощью внутреннего кварцевого генератора (точность не хуже 0.05%).

Инвертор обладает высокой перегрузочной способностью и может обеспечивать нагрузку мощностью 125% от номинального значения в течение 10 минут, 150% - в течение 1 минуты. При условии поддержания температуры воздуха на уровне не более +25°С номинальная выходная мощность инвертора автоматически увеличивается на 10%.

Электронный статический ключ представляет собой полупроводниковое быстродействующее коммутационное устройство, рассчитанное на непрерывную работу. Выходные параметры непрерывно и независимо друг от друга контролируются по всем фазам. Каждая фаза защищена отдельным быстродействующим защитным устройством.

Статический ключ обеспечивает бесперебойное переключение нагрузки на резервную линию при возникновении любого из следующих условий:

• перегрузка по выходу;

• выход постоянного напряжения за пределы допуска (вследствие неисправности выпрямительного устройства, выхода параметров входного напряжения за допуск, разряда аккумуляторов);

• неисправность инвертора;

• выход температуры за допустимые пределы.

Блок управления статического ключа обеспечивает практически мгновенное (менее 0.5 мсек.) переключение нагрузки в режиме синхронизации. При отсутствии синхронизации длительность переключения составляет не более 20 мсек.

При переключении нагрузки на резервную линию блок управления делает попытку обратного переключения на инвертор каждые 5 секунд - при условии исчезновения аварийной ситуации, вызвавшей это переключение.

Синхронное переключение нагрузки на резервную линию или на инвертор может производиться также по команде с панели управления ИБП.

Состояние основных компонентов системы отображается на мнемонической диаграмме и буквенно-цифровом дисплее (две строки по 20 символов) встроенной панели управления. Диаграмма показывает состояние «включено / выключено / неисправность» выпрямителя, аккумуляторной батареи, инвертора, статического переключателя. На дисплее (на английском, итальянском, французском, немецком, испанском языках) отображается следующая информация:

Выпрямитель / Зарядное устройство / Аккумуляторная батарея: значение тока, напряжения, состояние неисправности, время автономной работы (при питании от батарей). Инвертор: состояние неисправности, значение напряжения и частоты по фазам. Резервный ввод: состояние неисправности, значение напряжения и частоты по фазам. Нагрузка / Статический переключатель: состояние неисправности, значение тока, частоты, процент нагрузки по фазам, величина пик-фактора по фазам, общее время работы нагрузки от инвертора и резервного ввода, число пропаданий электропитания в питающей сети и общая длительность работы от батарей. Возможен просмотр истории состояния системы во время аварии (за 10 секунд до начала и 1 секунда после окончания с шагом 0.1 сек).

Появление неисправности сопровождается звуковым сигналом, который может быть отключен с панели. ИБП может быть отключен с помощью кнопки на пульте управления.

Информация о состоянии системы может отображаться на удаленном пульте управления и контроля, а также на ПЭВМ по последовательной линии связи (интерфейс RS232) и по линии связи AS400.

Режимы работы ИБП

На входе ИБП с двойным преобразованием энергии находится выпрямитель, который должен подзаряжать батарею ИБП и снабжать инвертор ИБП постоянным напряжением.

Инвертор преобразует весь поток мощности из напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока.

Байпас - это специальная линия, которая позволяет в случае необходимости питать нагрузку напрямую от электрической сети. Для переключения на работу через байпас служит статический (т.е. не имеющий движущихся элементов) переключатель. Поэтому этот байпас часто называют статическим байпасом.

ИБП с двойным преобразованием энергии может работать в трех режимах

Работа от сети

Если в сети есть «нормальное» напряжение, то вся мощность, потребляемая нагрузкой, проходит через выпрямитель ИБП. Выпрямитель преобразует напряжение электрической сети в стабилизированное напряжение постоянного тока. Оно используется для заряда батареи и для питания инвертора.

Инвертор преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока, которым и питается нагрузка.

Работа от батареи

Выпрямитель ИБП с двойным преобразованием выдает стабилизированное напряжение постоянного тока. Т.е. независимо от величины напряжения переменного тока на входе выпрямителя напряжение постоянного тока на его выходе сохраняется постоянным. Естественно, напряжение остается стабильным только если входное напряжение не выходит из некоторого диапазона допустимых напряжений. Этот диапазон называется диапазоном входных напряжений ИБП.

Диапазон входных напряжений ИБП с двойным преобразованием не остается постоянным. Его величина (или вернее его нижняя граница) зависит не только от конкретной модели ИБП, но и его нагрузки.

Если напряжение сети становится меньше нижней границы диапазона входных напряжений (т.е. выпрямитель уже не может стабилизировать напряжение), напряжение постоянного тока на выходе выпрямителя уменьшается и становится ниже напряжения заряженной батареи ИБП. Никакого переключения не происходит. Просто инвертор начинает частично питаться от батареи, а батарея начинает разряжаться. При дальнейшем уменьшении напряжения или если напряжение пропадает совсем, инвертор начинает полностью питаться от батареи. ИБП перешел на режим работы от батареи.

Работа ИБП от батареи продолжается некоторое время, определяемое зарядом батареи и нагрузкой. После того, как батарея разрядится до напряжения примерно 1.7 В на элемент, инвертор ИБП будет отключен автоматикой, защищающей батарею от необратимого переразряда.

Если напряжение на входе ИБП снова поднимется до нормального, выпрямитель опять начнет заряжать батарею и питать инвертор

Режим работы через статический байпас

Основные элементы ИБП с двойным преобразованием при работе от сети постоянно находятся под нагрузкой. При выходе из строя инвертора, подача напряжения к нагрузке прервалась бы и ИБП не только не выполнил бы своего предназначения, но даже сам из-за своей поломки мог бы стать причиной потери данных в подключенных к нему компьютерах или отключения каких-либо подключенных к нему важных устровйств.

Для того, чтобы этого не происходило, в ИБП введена еще одна линия электроснабжения нагрузки - статический байпас.

При выходе из строя инвертора или его перегрузке, срабатывает переключатель (размыкается линия «инвертор-нагрузка» и замыкается линия «байпас-нагрузка») и нагрузка продолжает питаться от сети.

В таблице 3.6. приведена спецификация оборудования СГЭ.

Таблица 16. Спецификация оборудования СГЭ

Источник бесперебойного питания
Система батарейная CHLORIDE EDP 90/600 PARALLEL, вход / выход 380 В, 50 Гц, 3 фазы, мощность 60 кВА.	3
Батарейный комплекс с аккумуляторными батареями сроком службы более 5 лет на время автономной работы при нагрузке 120 кВА - 19 мин.	1
Комплект для объединения источников CHLORIDE	1
SNMP-адаптер UTP/BNC.	3
Программное обеспечение PowerFlag для UNIX.	1
Автомат ввода резерва
Автомат ввода резерва, 2 входа 300А, 1 выход 300А, время переключения 0.30 сек	1

Преимущества ИБП с двойным преобразованием:

К положительным свойствам ИБП с двойным преобразованием следует отнести следующие.

-         Хорошая защита от шумов и наносекундных импульсов.

-         Очень хорошая защита от искажений формы кривой напряжения и микросекундных импульсов.

          Возможность работы в сетях с нестабильной частотой.

          Самая лучшая плавная стабилизация напряжения с высокой точностью.

          Возможность наращивания батареи практически для всех моделей ИБП.

Недостатки ИБП с двойным преобразованием

Как и для других ИБП, недостатки ИБП с двойным преобразованием вытекают из особенностей силовой схемы ИБП

-         Более высокая цена, по сравнению с другими типами ИБП

-         Повышенное тепловыделение, по сравнению с другими типами ИБП

Подготовка помещений для размещения оборудования системы бесперебойного питания

Размеры помещения для размещения АВР, 3-х силовых блоков EDP 60/900 и батареи 2А определяются исходя из размеров оборудования и его размещения. К помещению предъявляются следующие климатические требования:

температура окружающей среды 0-40^oС, рекомендуемая 15-25^oС;

относительная влажность без конденсата 90%;

номинальная температура +25^oС.

Для обеспечения оптимальной температуры и влажности, необходимой для нормальной работы системы бесперебойного питания предусмотрена система кондиционирования воздуха для отвода выделяемого системой тепла.

Установочные данные АВР

- размеры АВР 0.65 м х 0.8 м х 0.225 м;

устанавливается на стену;

степень защиты IP20

вход кабеля снизу или сбоку

Установочные данные ИБП

- размеры одного ИБП 0.82 м х 0.83 м х 1.78 м;

вес одного ИБП   750 кг;

нагрузка на пол  1102 кг/кв. м;

устанавливаются в ряд;

минимальное расстояние до потолка 400 мм;

расстояние перед блоком не менее 1000 мм (определяется открываемой дверью шкафа);

расстояние сзади не менее     1000 мм (определяется рабочей зоной доступа в устройству)

сбоку расстояние до стен       150 мм.

силовые блоки целесообразно разместить на металлических рамах (подставках) высотой 150 - 200 мм для более удобного подвода силовых кабелей и обеспечения лучшего кондиционирования.

Вход кабеля - снизу или сбоку.

Подача воздуха - снизу.

Выброс воздуха - сверху.

Силовые кабели

• рекомендуемое сечение входного и выходного кабеля 120 мм² (Макс. ток 235 А). Для нелинейных нагрузок целесообразно увеличить сечение кабеля нейтрали в 1.4 - 1.8 раза рекомендуемой величины.

• рекомендуемое сечение кабеля заземления 70 мм². Целесообразно использовать гибкий кабель в резиновой оболочке.

• рекомендуемое сечение кабеля от силовых блоков до батареи 95 мм² (Макс. ток 196А).

4. Проектирование ЛВС

 

Введение

В наше время всеобщего развития средств связи особо остро стоит проблема компьютерных сетей. Если совсем недавно главной ее частью был вопрос установки локальных вычислительных сетей (ЛВС), то сейчас все острее ощущается проблема нехватки пропускной способности, что говорит о повышении пользовательского интереса и возрастании роли ЛВС в производстве и финансовой деятельности.

Что же такое ЛВС? Простое определение ЛВС состоит в том, что это система для непосредственного соединения многих компьютеров. Можно сказать, что в этом определении недостаточно академической точности, но оно практично и вполне соответствуют нашим целям - рассмотрению принципов ЛВС.

Как уже было сказано выше, в наше время все чаще администраторы сетей сталкиваются с нехваткой пропускной способности сети. Исходя из этого, при рассмотрении нашей темы, мы особенный акцент сделаем на принципы сетевой архитектуры, которая является развитием старого Ethernet - Fast Ethernet. Это связано с тем, что наиболее распространенной сетевой архитектурой в нашей стране является все же Ethernet, а следовательно Fast Ethernet, который позволяет значительно повысить пропускную способность сети, не сталкиваясь с огромным числом проблем, сопутствующих этой процедуре.   

Это, конечно, не значит, что переход от Ethernet к Fast Ethernet чрезвычайно прост и не представляет никакими сложности, но все же позволяет упростить задачу перехода на более высокоскоростную сеть.

4.1 Семиуровневая модель OSI

Обоснование модели OSI

Для обеспечения обмена данными между компьютерными сетями Международная организация по стандартизации (ISO) совместно с Международным консультативным комитетом по телеграфии и телефонии (CCITT) разработала многоуровневый комплект протоколов, известный как эталонная модель взаимосвязи открытых систем (модель OSI). Одна из основных идей модели OSI - в недалеком будущем обеспечить относительно легкий и простой обмен информацией при использовании изготовленных разными фирмами аппаратных и программных средств, соответствующих стандартам OSI. Конечные пользователи должны забыть о проблемах совместимости, которые все еще свойственны системам, включающим устройства различных производителей.

На рис. 3.1. показано, как многоуровневые протоколы, входящие в состав модели OSI, обеспечивают передачу информации с одного компьютера на другой. Отметим, что на каждом уровне, кроме физического, добавляется заголовок, содержащий управляющую информацию для соответствующего уровня на другом компьютере. На канальном уровне добавляется даже концевик с дополнительной управляющей информацией. Управляющая информация в заголовках и концевиках содержит такие основные данные, как тип передаваемой информации (будет ли она, например, содержать числа с плавающей запятой), адреса станции-отправителя и станции-получателя, режим передачи (дуплексный, полудуплексный и т.д.), метод кодирования информации (ЕВС01С, А5С11 и т.д.), метод контроля ошибок. После того как второй компьютер примет эту информацию в виде потока битов, они будут вновь собраны в кадры. В процессе обработки кадра протоколами соответствующие уровни будут удалять предназначенную для них управляющую информацию, и в конечном итоге прикладная программа получит только исходные данные.

Рис. 4.1. Модель OSI

Уровни модели OSI

Отдельные уровни модели OSI удобно рассматривать как группы программ, предназначенных для выполнения конкретных функций. Один уровень, к примеру, отвечает за обеспечение преобразования данных из А5С11 в ЕВС01С и содержит программы, необходимые для выполнения этой задачи. Программы могут содержать отдельные модули, известные в модели OSI как объекты (entities). Каждый уровень обеспечивает сервис для вышестоящего уровня, запрашивая, в свою очередь, сервис у нижестоящего уровня. Верхние уровни запрашивают сервис почти одинаково: как правило, это требование маршрутизации каких-то данных из сети А в сеть В. Практическая реализация принципов адресации данных, необходимой для правильной их маршрутизации, возложена на нижние уровни. Связь между уровнями осуществляется в форме различных транзакций, известных как примитивы (primitives).

Примитивы

Примитивы подразделяются на примитивы запроса, индикации, ответа и подтверждения. Уровень, выступающий в роли пользователя сервиса, может активизировать функцию путем выдачи запроса на действие, например, на шифрование данных. Уровень, играющий роль поставщика сервиса, выдаст подтверждение, указывающее на то, что функция выполнена («да, данные зашифрованы»). Иногда выдается запрос на действие, которое должен выполнить уровень на втором компьютере. Соответствующий уровень на втором компьютере получает данный запрос как примитив индикации и отвечает на него выдачей примитива ответа, который информирует уровень на первом компьютере о том, что затребованная функция выполнена.

Эти примитивы удобно рассматривать как управляющую информацию, которая представлена в виде определенных битовых комбинаций в кадрах, передаваемых в процессе обмена данными. Метод, с помощью которого модель OSI обеспечивает обмен между сетями передачи данных, используя такую систему примитивов для ретрансляции управляющей информации, непосредственно применим к процессу взаимодействия рабочих станций в локальных сетях.

Прикладной уровень

В модели OSI прикладная программа, которой нужно выполнить конкретную задачу (например, обновить базу данных на компьютере В), посылает конкретные данные в виде дейтаграммы на прикладной уровень. Одна из основных «обязанностей» этого уровня - определить, как следует обрабатывать запрос прикладной программы, другими словами - какой вид должен принять данный запрос. Если в запросе прикладной программы определен, например, дистанционный ввод заданий, то это потребует работы нескольких программ, которые будут собирать информацию, организовывать ее, обрабатывать и посылать по соответствующему адресу. Еще одна существенно важная функция прикладного уровня - электронная почта., которая, разрушая барьеры между разнородными сетями, превращается в систему глобальных коммуникаций.

Прикладной уровень, кроме того. содержит несколько так называемых общих элементов прикладного сервиса (ACSE - Application Common Service Elements) и специальных элементов прикладного сервиса (SASE - Specific Application Service Elements). Сервисы ACSE предоставляются прикладным процессам во всех системах. Они включают, например, требование определенных параметров качества сервиса.

Допустим, необходимо установить связь через модем по глобальной сети между рабочей станцией локальной сети в Лос-Анджелесе и мэйнфреймом в Бостоне. Поскольку качество телефонной линии иногда оказывается неудовлетворительным, прикладной процесс, работающий в ЛВС, может запросить такое качество сервиса, которое предусматривает подтверждение приема и распознавания информации.

(Если провести аналогию с почтой, то указанное действие равносильно требованию, чтобы доставка вашей посылки была подтверждена квитанцией.)

Специальные элементы прикладного сервиса (SASE) обеспечивают сервис для конкретных прикладных программ, таких как программы пересылки файлов и эмуляции терминалов. Если, например, прикладной программе необходимо переслать файлы, то обязательно будет использован протокол передачи, доступа и управления файлами (РТАМ - File Transfer, Access, and Management), являющийся одним из ключевых протоколов прикладного уровня.

Давайте на минутку заглянем в будущее, когда локальные сети и мэйнфреймы станут работать с OSI-совместимым программным обеспечением. Поскольку РТАМ работает как виртуальный банк файлов и имеет собственную службу каталогов, то программы смогут получать доступ к базам данных, не имея информации о фактическом местонахождении файла. Поскольку РТАМ поддерживает широкое разнообразие различных типов структур, включая последовательную, упорядоченную иерархическую и общую иерархическую, то информация из базы данных, расположенной на удаленном Unisys-компьютере, будет использоваться для обновления другой базы данных, работающей в локальной сети в Лос-Анджелесе. Данные из первой базы, в свою очередь, будут обновляться на основе информации, взятой из третьей базы данных, размешенной на IBM-мэйнфрейме в Финиксе.

Еще одна важная составляющая SASE прикладного уровня - сервис виртуального терминала (VT - Virtual Terminal). VT - это сложный сервис, который освобождает компьютер от необходимости посылать соответствующие сигналы для обращения ко всем терминалам, подключенным ко второму компьютеру. Первый компьютер может использовать набор параметров виртуального терминала, а решение вопросов конкретизации конфигурации терминалов предоставить второму компьютеру.

На разных этапах разработки находятся еще несколько SASE: обработка транзакций, электронный обмен данными (EDI - Electronic Data Interchange), передача и обработка заданий (JTM - Job Transfer and Manipulation). Разработка стандарта OSI на EDI, в частности, очень важна для пользователей ЛВС. Например, на рабочей станции ЛВС можно составить заказ на покупку и передать эту информацию по сети непосредственно изготовителю или продавцу, где данные будут автоматически внесены в счет-фактуру. Можно проверять и автоматически корректировать инвентаризационные ведомости, можно заключать договора на поставку товаров - и все это без бумаг и волокиты.

Функции управления сетями на прикладном уровне. По мере усложнения информационных сетей вопрос административного управления ими приобретает все большее значение. Поскольку сейчас любые системы передачи информации позволяют обрабатывать и передавать также и речевые данные, а локальные сети все теснее связываются с глобальными сетями и мэйнфреймами, го все очевиднее необходимость в разработке эффективного метода организации этой информации и управления ею. Фирма IBM в качестве решения предложила свои системы NetView и NetView/PC, a Hewlett-Packard вышла на рынок с пакетом прикладных программ OpenView.

На сегодняшний день проблема заключается в том, что при наличии нескольких решений нет международного стандарта по управлению сетями. Для прикладного уровня модели OSI существует несколько спецификаций информационно-управляющих протоколов, которые претендуют на то, чтобы в будущем стать международными стандартами.

Уровень представления данных

Уровень представления данных отвечает за физическое отображение (представление) информации. Так, в полях базы данных информация должна быть представлена в виде букв и цифр, а зачастую- и графических изображений. Обрабатывать же эти данные нужно, например, как числа с плавающей запятой.

Уровень представления данных обеспечивает возможность передачи данных с гарантией, что прикладные процессы, осуществляющие обмен информацией, смогут преодолеть любые синтаксические различия. Для того чтобы обмен имел место, эти два процесса должны использовать общее представление данных, или язык.

Важность уровня представления данных заключается в том, что в основу его работы положена единая для всех уровней модели OSI система обозначений для описания абстрактного синтаксиса - ASN.I. Эта система служит для - описания структуры файлов. На прикладном уровне система ASN.I применяется и для выполнения всех операций пересылки файлов, и при работе с виртуальным терминалом. Использование этой системы позволяет также решить одну из важнейших проблем, возникающих при управлении крупными сетями - проблему шифрования данных. Шифрование данных с помощью ASN.I можно выполнять на уровне представления данных. Разработка стандарта OSI для этого уровня окажет значительное влияние на обеспечение межмашинной связи.

Сеансовый уровень

Представьте себе опытного администратора, отвечающего за подготовку и согласование всех деталей предстоящей важной встречи двух высокопоставленных руководителей. Если он действует правильно, встреча проходит четко и организованно. Так и работа сеансового уровня обеспечивает проведение сеанса и, в конечном итоге, обмен информацией между двумя прикладными процессами.

Сеансовый уровень отвечает за такие серьезные вопросы, как режим передачи и установка точек синхронизации. Иными словами, на этом уровне определяется, какой будет передача между двумя прикладными процессами: полудуплексной (процессы будут передавать и принимать данные по очереди) или дуплексной (процессы будут передавать и принимать данные одновременно). В полудуплексном режиме сеансовый уровень выдает тому процессу, который первым начинает передачу, маркер данных. Когда второму процессу приходит время отвечать, маркер данных передается ему. Сеансовый уровень, таким образом, разрешает передачу только той стороне, которая обладает маркером данных.

Синхронизирующие точки представляют собой точки внутри «диалога», в которых сеансовый уровень проверяет наличие фактического обмена. Если вы когда-нибудь наблюдали, как беседуют два японских бизнесмена, вы наверняка обратили внимание, что они все время кивают и говорят «хай». Это не значит, что бизнесмены соглашаются друг с другом; они просто показывают, что слышат и понимают, что говорит собеседник, потому что «хай» по-японски означает «да».

Еще одна функция сеансового уровня модели OSI заключается в решении вопроса о восстановлении связи в случае ее нарушения. Например, логично было бы ставить точки синхронизации между страницами текста и в случае нарушения связи начинать передачу с последней синхронизирующей точки. Таким образом, для восстановления сеанса не нужно будет начинать все сначала и повторять передачу текста, который уже принят правильно.

Сеансовый уровень, кроме того, отвечает за детали, связанные с упорядоченным («плавным») завершением соединения в конце сеанса. Могут возникнуть и ситуации, когда требуется безусловное («резкое») завершение. Это необходимо в тех случаях, когда одна из сторон прекращает обмен и отказывается с этого момента принимать данные.

Сеансовый уровень обрабатывает не все запросы на соединения. Он может выдать примитив отказа qt соединения, если определит, что соединение приведет к перегрузке сети или затребованный прикладной процесс отсутствует.

Транспортный уровень

Транспортный уровень имеет большое значение для пользователей компьютерных сетей, так как именно он определяет качество сервиса, которое требуется обеспечить посредством сетевого уровня. Для того чтобы лучше понять функции транспортного уровня, представим его как аналогию набора специальных услуг, которые местное почтовое отделение предоставляет клиентам за дополнительную плату. Например, заплатив некоторую сумму, клиент может получить квитанцию о том, что письмо доставлено по указанному им адресу. Можно заказать срочную доставку, если клиент желает, чтобы его посылка пришла в Бостон на следующий день. Плату за эти дополнительные высококачественные услуги почтовое ведомство США взимает с клиентов деньгами, а для пользователя сети, работающего с OSI-coвместимыми аппаратными и программными средствами, эта плата выражается в дополнительных битах, необходимых для предоставления информации о статусе возможных дополнительных услуг.

На транспортном уровне предусмотрено три типа сетевого сервиса. Сервис типа А предоставляет сетевые соединения с приемлемым для пользователей количеством необнаруживаемых ошибок и приемлемой частотой сообщений об обнаруженных ошибках. Сервис типа В отличается приемлемым количеством необнаруживаемых ошибок, но неприемлемой частотой сообщений об обнаруженных ошибках. Наконец, сервис типа С предоставляет сетевые соединения с количеством необнаруженных ошибок, неприемлемым для сеансового уровня.

Возникает вопрос: а для чего вообще нужны классы сервиса с неприемлемыми количествами ошибок? Ответ состоит в том, что для установки многих сетевых соединений необходимы дополнительные протоколы, обеспечивающие обнаружение и устранение ошибок на достаточном для нормальной работы уровне, и на транспортном уровне такой сервис просто не нужен.

Транспортный уровень, тем не менее, предоставляет программистам возможность писать программы для прикладного уровня в самых различных сетях, не обращая внимания на то, надежна ли передача по этим сетям или нет. Некоторые называют три верхних уровня модели OSI «пользователями транспортного уровня», а четыре нижних - «поставщиками транспортного уровня».

Существует пять классов сервиса транспортного протокола. Они указаны в таблице 4.1.

Таблица 4.1. Классы сервиса транспортного протокола

Класс	Наименование	Тип
0	Простой	А
1	Устранение основных ошибок	В
2	Мультиплексирование	А
3	Обнаружение ошибок и мультиплексирование	В
4	Обнаружение и устранение ошибок	С

Класс 0, известный как телекс, представляет собой сервис с самым низким качеством. В этом классе сервиса предусматривается, что управление потоком данных осуществляет сетевой уровень (под транспортным уровнем). Транспортный уровень разрывает соединение, когда аналогичную операцию выполняет сетевой уровень. Сервис класса 1 был разработан СС1ТТ для стандарта X.25 на сети с коммутацией пакетов. Он обеспечивает передачу срочных данных, однако управление потоком все равно осуществляется на сетевом уровне.

Класс 2 - это модифицированный класс 0. Уровень сервиса этого класса базируется на предположении о том, что сеть обладает высокой надежностью. Предлагаемое качество сервиса предусматривает возможность мультиплексирования множества транспортных соединений из одного сетевого соединения. Класс 2 обеспечивает необходимую сборку мультиплексированных пакетов данных, прибывающих неупорядоченными.

Класс 3 обеспечивает виды сервиса, предлагаемые уровнями 1 и 2, а в случае обнаружения ошибки предоставляет возможность ресинхронизации для переустановления соединения.

Класс 4 предполагает, что сетевому уровню присуща надежность, поэтому он предлагает обнаружение и устранение ошибок.

Сетевой уровень

На сетевом уровне осуществляется сетевая маршрутизация. Этот уровень - ключ к пониманию того, как функционируют шлюзы к мэйнфреймам IBM и другим компьютерным системам. Протоколы верхних уровней модели OSI выдают запросы на передачу пакетов из одной компьютерной системы в другую, а задача сетевого уровня состоит в практической реализации механизма этой передачи.

Сетевой уровень является основой стандарта СС1ТТ Х.25 на глобальные сети.

На сетевом уровне реализован ряд ключевых видов сервиса для транспортного уровня, который в модели OSI расположен непосредственно над сетевым. Сетевой уровень уведомляет транспортный уровень об обнаружении неисправимых ошибок, помогая ему поддерживать качество сервиса и избегать перегрузки сети путем прекращения, если это необходимо, передачи пакетов.

Поскольку в процессе обмена информацией между двумя сетями физические соединения время от времени могут изменяться, сетевой уровень поддерживает виртуальные каналы и обеспечивает правильную сборку пакетов, прибывающих в неправильной последовательности. Работа этого уровня осуществляется с помощью таблиц маршрутизации, которые служат для определения пути продвижения того или иного пакета. Во многих случаях сообщение, состоящее из нескольких пакетов, идет по нескольким путям. Сетевой уровень предоставляет соответствующую «отгрузочную» информацию, необходимую для этих пакетов (например, общее число пакетов в сообщении и порядковый номер каждого из них).

С передачей данных в сетях связана одна очень неприятная проблема: такие характеристики, как длина поля адреса, размер пакета и даже промежуток времени, в течение которого пакету разрешается перемещаться по сети и по истечении которого пакет считается потерянным и выдается запрос на пакет-дубликат, в каждой сети различны. По этой причине управляющая информация, включаемая в пакеты на

сетевом уровне, должна быть достаточной для предотвращения возможных недоразумений и обеспечения успешной доставки и сборки пакетов.

Как уже упоминалось выше, транспортный и сетевой уровни в значительной степени дублируют друг друга, особенно в плане функций управления потоком данных и контроля ошибок. Главная причина такого дублирования заключается в том, что существует два варианта связи - с установлением соединения (connection-ori-entied) и без установления соединения (connectionless). Эти варианты связи базируются на разных предположениях относительно надежности сети.

Сеть с установлением соединения работает почти так же, как обычная телефонная система. После установления соединения происходит поэтапный обмен информацией, причем в данном случае «собеседники» не обязаны завершать каждое заявление своим именем, именем вызываемого партнера и его адресом, поскольку предполагается, что связь надежна и противоположная сторона получает сообщение без искажений.

В надежной сети с установлением соединения адрес пункта назначения необходим лишь при установлений соединения, а в самих пакетах он не нужен. В такой сети сетевой уровень принимает на себя ответственность за контроль ошибок и управление потоком данных. Кроме того, в его функции входит сборка пакетов.

Сетевой сервис без установления соединения, наоборот, предполагает, что контроль ошибок и управление потоком данных осуществляются на транспортном уровне. Адрес пункта назначения необходимо указывать в каждом пакете, а соблюдение очередности пакетов не гарантируется. Основная идея такого сервиса состоит в том, что важнейшим показателем является скорость передачи, и пользователи должны полагаться на собственные программы контроля ошибок и управления потоком данных, а не на встроенные стандартные средства модели OSI.

Как это всегда бывает, когда члены комитета обсуждают сложный вопрос, был найден компромисс, который не удовлетворил ни одну из сторон. Он состоит в том, что возможности и сервиса с соединением, и сервиса без соединения встроены в оба уровня - сетевой и транспортный. Конечный пользователь может выбрать соответствующие стандартные значения для управляющих полей этих уровней и использовать тот метод, который ему больше по душе. Недостаток этого компромисса состоит в излишней избыточности, предусмотренной в обоих уровнях, что означает значительное количество дополнительных информационных битов. При передаче информации в таком формате по линиям дальней связи это приводит к дополнительным накладным расходам, поскольку процесс передачи занимает больше времени.

Канальный уровень

Канальный уровень можно сравнить со складом и погрузочно-разгрузочным цехом крупного производственного предприятия. «Обязанность» канального уровня - брать пакеты, поступающие с сетевого уровня, и готовить их к передаче (отгрузке), укладывая в кадры (коробки) соответствующего размера. В процессе перемещения информации вверх по уровням модели OSI канальный уровень должен принимать информацию в виде потока битов, поступающих с физического уровня, и производить ее обработку. Этот уровень обязан определять, где начинается и где заканчивается передаваемый блок, а также обнаруживать ошибки передачи. Если обнаружена ошибка, канальный уровень должен инициировать соответствующие действия по восстановлению потерянных, искаженных и даже дублированных данных.

Между компьютерными системами может одновременно существовать несколько независимо работающих каналов передачи данных. Канальный уровень обязан обеспечить отсутствие перекрытия этих каналов и предотвратить возможное искажение данных. Канальный уровень инициализирует канал с соответствующим уровнем на компьютере, с которым будет обмениваться данными. Он должен обеспечить синхронизацию обеих машин и использование в них одинаковых схем кодирования и декодирования.

Поскольку управление потоком и контроль ошибок также входят в функции канального уровня, то он отслеживает получаемые кадры и ведет статистические записи. По завершении передачи информации пользователем канальный уровень проверяет, все ли данные приняты правильно, а затем закрывает канал.

Контроль ошибок на канальном уровне. Для выполнения этой функции на канальном уровне применяется метод автоматического запроса повторной передачи (ARQ - Automatic Repeat Request). В зависимости от типа протокола, который работает на канальном уровне, для контроля ошибок используется одна из трех разновидностей этого метода. ARQ с остановкой и ожиданием - это метод, при котором компьютер передает кадр информации, а затем ожидает получения кода подтверждения приема (АСК - acknowledgment), который показывает, что кадр принят правильно. Если выявлена ошибка, то принимающая станция передаст код неподтверждения приема (NAK - negative acknowledgment), и передающая станция повторяет передачу.

При использовании метода непрерывного ARQ с возвратом на N станция принимает несколько кадров (в зависимости от используемого протокола), а затем отвечает выдачей АСК или NAK с указанием кадра, который содержит ошибку. Если станция передка один за другим семь кадров и в четвертом кадре выявлена ошибка, то передающая станция ответит на NAK повторной передачей кадров с 4-го по 7-й.

Метод непрерывного ARQ с избирательным повторением представляет собой модификацию предыдущего варианта ARQ. Принимающая станция записывает все принимаемые кадры по порядку в специальный буфер, а затем отвечает, что такой-то кадр (скажем, номер 4) содержит ошибку. Сохраняя все остальные кадры в буфере, принимающая станция передает NAK. Передающая станция повторно передает только кадр, содержавший ошибку (т.е. номер 4). Принимающая станция вновь собирает пакеты в нужном порядке (с 1-го по 7-й) и обрабатывает информацию.

Основные протоколы канального уровня. Канальный уровень содержит ряд протоколов, которые разработаны комитетом IEEE 802. Для того чтобы понять, как работает этот уровень - ключевой в модели OSI, - нужно иметь некоторое представление о деятельности упомянутого комитета.

Физический уровень

Физический уровень модели OSI - наименее противоречивый, так как включает международные стандарты на аппаратуру, уже вошедшие в обиход. По сути дела, единственная реальная проблема на этом уровне заключается в том, как ISO собирается учитывать вновь разрабатываемые стандарты на аппаратуру. Методы передачи данных становятся все более и более скоростными, появляются новые интерфейсы с дополнительными функциями контроля ошибок. В связи с этим возникает вопрос: будут ли добавлены к модели OSI новые стандарты или же физический уровень останется без изменений? Суд еще не вынес свой вердикт, поэтому предсказать реакцию ISO сейчас не представляется возможным.

Для физического уровня определен очень подробный список рекомендованных к употреблению соединителей. Здесь упомянуты, к примеру, 25-контактные разъемы для интерфейсов RS-232C, 34-контактные разъемы для широкополосных модемов спецификации V.35 СС1ТТ и 15-контактные разъемы для интерфейсов общедоступных сетей передачи данных, определенных в рекомендациях СС1ТТ Х.20, X.21, Х.22 и т.д. Кроме того, регламентируются допустимые электрические характеристики, в частности RS-232C. RS-449. RS-410 и V.35 СС1ТТ.

Физический уровень может обеспечивать как асинхронную (последовательную) передачу, которая используется для многих персональных компьютеров и в некоторых недорогих ЛВС, так и синхронный режим, который применяется для некоторых мэйнфреймов и мини-компьютеров.

Поскольку подкомитеты ISO и IEEE последние несколько лет работают в тесном контакте, не удивительно, что во многих стандартах на ЛВС используются определения, предложенные на физическом уровне модели OSI. На базе физического уровня различные подкомитеты IEEE разрабатывают подробные описания реального физического оборудования, которое передает сетевую информацию в виде электрических сигналов: требования к применяемым кабельным системам, разъемам и соединителям.

На физическом уровне модели OSI определяются такие важнейшие компоненты сети, как тип коаксиального кабеля для одноканальной передачи при скорости 10 Мбит/с. Сюда включено принятое в стандарте IEEE 802.3 определение более тонкого коаксиального кабеля cheapemet. К физическому уровню будет добавлено и включенное в стандарт IEEE 802.3 определение одноканальной передачи данных по кабелю на витых парах со скоростью 10 Мбит/с.

К средствам, определенным на физическом уровне, также относятся волоконно-оптические кабели и витые пары, применяемые в самых различных ЛВС. В некоторых сетях, например стандарта Token-Ring Network фирмы IBM, используются неэкранированные витые пары, а в сетях других типов - экранированные. Упомянутым подкомитетом, кроме того, были разработаны спецификации различных типов коаксиальных кабелей для широкополосных ЛВС различных типов.

На физическом уровне модели OSI, кроме того, должна быть определена схема кодирования, которой компьютер пользуется для представления двоичных значений с целью их передачи по каналу связи. В стандарте Ethernet, как и во многих других локальных сетях, используется манчестерское кодирование. В манчестерском кодировании отрицательное напряжение в течение первой половины такта передачи с переходом на положительное напряжение во втором полутакте означает единицу, а положительное напряжение с переходом на отрицательное - нуль. Таким образом, в каждом такте передачи имеется переход с отрицательного на положительное напряжение или наоборот.

Итак, физический уровень отвечает за тип физической среды, тип передачи, метод кодирования и скорость передачи данных для различных типов локальных сетей. К его функциям, кроме того, относится установление физического соединения между двумя коммуникационными устройствами, формирование сигнала и обеспечение синхронизации этих устройств. Тактовые генераторы обоих устройств должны работать синхронно, иначе передаваемая информация не будет расшифрована и прочитана.

В таблице 4.2. представлено описание четырех нижних уровней модели OSI. Особо следует отметить избыточность, предусмотренную в модели OSI для связи с установлением соединения и связи без установления соединения.

Таблица 4.2. Четыре нижних уровня модели OSI

Транспортный уровень	Определение транспортного сервиса Транспортный протокол с установлением соединения
Сетевой уровень	Сетевой сервис без установления соединения
Канальный уровень	Управление логическим каналом Неквитируемый сервис без установления соединения Квитируемый сервис без установления соединения
Физический уровень	CSMA/CD Коаксиальный кабель для одноканальной передачи Коаксиальный кабель для широкополосной передачи Неэкранированная витая пара (1Мбит/с) 10ВазеТ (10Мбит/с)	Маркерная шина Коаксиальный кабель для широкополосной передачи	Маркерное кольцо Экранированная витая пара Волоконно-оптический кабель

4.2 Топология сетей

Топология - это геометрический способ связи всех узлов между собой. В природе существует три основные топологии - общая шина, кольцо и звезда (Рис. 4.2, Рис. 4.3, Рис. 4.4, Рис. 4.5).

Рис. 4.2. Сеть с топологией «общая шина»

Рис. 4.3. Сеть с топологией «кольцо»

Рисунок 4.4. Сеть с топологией «звезда»

Рис. 4.5. Сеть с топологией «иерархическая звезда»

Сети на коаксиальном кабеле использовали топологию «общая шина», которая критична к отказу кабеля - обрыв в любом месте приводит к отказу всей сети. Кольцевые топологии применялись в сетях IBM Token Ring (известен только один клиент, использовавший такую сеть). Сети Ethernet на витой паре построены на топологии «звезда» (точнее «иерархическая звезда», Рис. 4.5), в которой при отказе одного канала связи сеть продолжает функционировать в усеченном варианте. Иерархическая звезда представляет собой звезду, на концах лучей которой, в свою очередь, могут располагаться «звезды» второго уровня и так далее. Естественно, что при отказе луча, ведущего к серверу, все клиенты, которые соединены с этим сервером, перестанут работать, что будет названо словами «сеть сломалась». В то же время отказ канала связи с сервером менее критичен, чем, скажем, выход из строя центрального элемента звезды, которым является сетевое оборудование (концентратор или коммутатор).

4.3 Распространенные сетевые архитектуры

Ethernet

22 мая 1973 года Роберт Меткалф, сотрудник Научно-исследовательского центра фирмы Xerox в Пало-Альто, написал докладную записку с изложением принципов, которые легли в основу нового типа локальных компьютерных сетей. В данном документе впервые встречается слово ethemet. И тогда же, в 1973-м году, фирма Xerox начала выпуск интерфейсных сетевых плат Ethernet для своих компьютеров Alto PC.

Дальше события развивались следующим образом. Корпорация Intel разработала микросхемы для сетевой аппаратуры, Xerox предоставила программное обеспечение, a Digital Equipment Corporation (DEC) взялась реализовать новую сеть на своих мини-ЭВМ. В сентябре 1980 года эти три фирмы выпустили стандарт на сеть Ethernet, которую сейчас называют Ethemet версии 1. Вторая версия Ethernet увидела свет в ноябре 1982 г. Обе версии используются до сих пор, причем между ними существуют различия и по интерфейсу, и по уровням сигналов (состояние незанятости линии в версии 1 определяется по уровню 0,7 В, а в версии 2 - по уровню О В). Следует отметить главное: если вам когда-нибудь достанется по наследству старая ЛВС с набором разнородных сетевых интерфейсных плат, помните, что сетевые адаптеры для Ethemet различных версий несовместимы между собой.

Название Ethemet изначально использовалось для сетей, реализованных в соответствии со стандартом версии 1, и лишь впоследствии распространилось на другие его версии. В стандарте версии 1 определены: физическая среда передачи данных (толстый коаксиальный кабель), метод управления доступом (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)) и скорость передачи данных (10 мегабит в секунду, или Мбит/с). Кроме того, стандартом версии 1 регламентируется размер (от 72 до 1526 байтов), содержимое Ethernet-пакета и метод кодирования данных (манчестерский код).

Обратите внимание на максимальный размер пакета. Ethernet - продукт своего времени. Эта сеть была разработана для информационного обмена небольшими пакетами. Она очень хорошо функционирует в среде с постоянным напряженным сетевым трафиком. Но представьте себе парк аттракционов, администрация которого пытается перемещать огромные массы людей с помощью маленьких автобусов-челноков. В результате, стоя в очередях, люди начинают терять терпение, и иногда возникают конфликты.

Поэтому вскоре после появления Ethernet в одном из комитетов Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) началось обсуждение вопроса о разработке международного неофициального стандарта на локальные компьютерные гсти Учитывая особое. «оложеине трех основных создателей Elilemel в сфере промышленного производства, нс следует удивляться тому, что один из разработанных упомянутым комитетом стандартов, а именно IEEE 802.3, настолько близок к Ethernet версии 2, что его часто называют стандартом Ethernet, несмотря на некоторые различия между ними, на которых мы остановимся ниже.

Метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD)

В стандарте IEEE 802.3 определен практически идентичный Ethemet порядок доступа множества рабочих станций к сети для передачи информации. Метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD) устанавливает следующий порядок: если рабочая станция хочет воспользоваться сетью для передачи данных, она сначала должна проверить состояние канала; начинать передачу станция может только в том случае, если канал свободен. В процессе передачи станция продолжает прослушивание сети для обнаружения возможных конфликтов.

Если возникает конфликт вследствие того, что два узла сети пытаются одновременно занять канал, то обнаружившая конфликт интерфейсная плата выдает в сеть специальный сигнал (сигнал «пробки»), и обе станции временно прекращают передачу. Принимающая станция, как правило, отбрасывает частично принятое сообщение, и все рабочие станции в сети, которые хотят передавать данные, в течение некоторого случайно выбранного промежутка времени выжидают, прежде чем начать передачу. Все сетевые интерфейсные платы запрограммированы на разные псевдослучайные промежутки времени. Если конфликт возникнет во время попытки повторной передачи сообщения, этот промежуток времени будет увеличен.

В сетях Ethemet и 802.3 конфликты неизбежны, т.к. возможность их возникновения заложена уже в самом алгоритме работы CSMA/CD. Дело в том, что между моментом, когда рабочая станция проверяет, свободна ли сеть, и моментом начала фактической передачи проходит некоторое время. Вполне возможно, что в течение указанного времени какая-нибудь станция в сети начнет передачу, но сообщение об этом не успеет достичь пункта своего назначения. Поэтому рабочие станции и в сетях IEEE 802.3, и в сетях Ethemet осуществляют широковещательную передачу своих сообщений.

Стандарт типа Ethemet определяет сеть с конкуренцией (contention network), в которой несколько рабочих станций должны конкурировать друг с другом за право доступа к сети. Хотя при такой архитектуре конфликты неизбежны, ее разработчики полагают, что благодаря скорости передачи 10 Мбит/с даже при повторных конфликтах пользователи не почувствуют уменьшения скорости. Если же число конфликтов в сети становится настолько большим, что это сказывается на ее работе, данной проблемой должен заняться администратор сети.

IEEE 802.3

Преамбула

Адрес получателя

Адрес отправителя

Длина

Данные

Поле контрольной суммы

ПреамбулаАдрес получателяАдрес отправителяТип протоколаДанныеПоле контрольной суммы

Рис. 4.6. Форматы кадров Ethemet и IEEE 802.3

Форматы кадров в IEEE 802.3 и Ethernet

Формат кадра 802.3 представлен на рис. 4.6. Преамбула состоит из 56 битов. Это последовательность чередующихся единиц и нулей, предназначенная для синхронизации приемного тракта. Начальный разделитель кадра (10101011) обозначает начало информационной части кадра. Адрес получателя и адрес отправителя берутся из кадра LLC-уровня, в поле длины кадра указывается число октетов (байтов) кадра, содержащегося в поле данных (от 46 до 1500 октетов). Если число октетов данных меньше минимального значения, то поле данных дополняется необходимым числом октетов, образующих так называемое поле заполнения. И, наконец, завершает кадр поле контрольной суммы, содержащее информацию, необходимую для контроля ошибок.

Основное различие между кадром, отвечающим стандарту 802.3, и традиционным Ethernet-кадром заключается в том, что в последнем отсутствует двухбайтовое поле длины, в котором здесь нет необходимости, так как длина является фиксированной. Вместо него в Ethernet-кадре имеется двухбайтовое поле, используемое для указания типа протокола более высокого уровня (это может быть, например, протокол ТСР/ГР), который используется для поля данных. Совместное использование трансиверов Ethernet и 802.3 (устройств, которые осуществляют фактическую передачу данных с сетевых интерфейсных плат в физическую среду) приводит к ошибкам, потому что узлы как 802.3, так и Ethernet неправильно интерпретируют сообщения, предназначенные для устройств другого типа. Разводка выводов у трансиверов Ethernet и 802.3 также разная. Игнорирование этого различия часто приводит к перегрузке узлов 802.3 при обработке широковещательных Ethernet-сообщений.

Сеть Ethernet вблизи

Прежде чем приступать к рассмотрению различных вариантов Ethernet, целесообразно познакомиться с компонентами традиционных ЛВС Ethernet или 802.3. Ethernet, известна как ЛВС, которая заставила всех относиться с уважением к локальным сетям. Администраторы систем, которые сделали выбор в пользу архитектуры Ethernet, могут полностью положиться на нее: им не грозит увольнение за приобретение ненадежной техники. Архитектура Ethernet представлена на рис. 4.7.

На рабочей станции Ethernet установлена специальная сетевая интерфейсная плата (NIC - Network Interface Card). Эта плата предназначена для приема и передачи данных. В варианте сети «тонкий Ethernet» трансивер выполнен на самой плате (рис. 3), а в сетях «толстый Ethernet» трансиверы располагаются непосредственно на кабеле и с сетевой картой соединены отдельным кабелем. На обоих концах электрической цепи сегмента устанавливаются терминаторы (заглушки).

Один сегмент сети может включать до 100 рабочих станций, а несколько таких сегментов можно соединять повторителями (repeater). В одной сети Ethernet может работать до 1024 рабочих станций, при этом на пути между любыми двумя станциями может стоять максимум два повторителя.

Трансивер генерирует электрические сигналы, обеспечивая соответствующий уровень качества, и передает их в коаксиальный кабель. Кроме того, трансиверы отвечают за прием сигналов из сети и обнаружение конфликтов, возникающих при одновременной попытке двух рабочих станций занять линию. Когда трансивер на передающей стороне обнаруживает конфликт, модуль управления кантом его NIC генерирует сигнал обнаружения конфликта. Передающая часть модуля управления каналом, в свою очередь, посылает в сеть битовую последовательность, которую называют «пробкой» (jam). Сигнал пробки заставляет передающие рабочие станции прекратить передачу, и их NIC возобновляют передачу через случайные промежутки времени. NIC принимающих станций тем временем анализируют поврежденные или частично принятые пакеты и отбрасывают «коротышки» (runis).

Трансиверы Ethernet генерируют сигнал для тестирования качества передачи (SQE - Signal Quality Error), который часто называют «пульсом» (heartbeat), NIC считывает «пульс», чтобы проверить, нормально ли работает трансивер (примерно так, как вы, рассказывая о вчерашнем футбольном матче, заставляете свою супругу каждые одну-две минуты хмыкать, чтобы знать, что она жива и слушает вас). К сожалению, «пульсы» для трансиверов 802.3 и Ethernet имеют разные временные параметры. Некоторые фирмы выпускают трансиверы, которые можно вручную настроить на тот или иной стандарт.

Рис. 4.7. Архитектура Ethernet

Поскольку Ethernet осуществляет широковещательную передачу во всех направлениях, то в стандарте 802.3 определены ограничения на длину кабеля (см. выше). В первоначальном варианте Ethernet на толстом коаксиальном кабеле допускалась 500-метровая длина сегмента, при этом соединять повторителями для ретрансляции пакетов по сети можно было максимум три сегмента.

Для варианта 10Base5 есть и другие ограничения: на одном сегменте кабеля можно размешать максимум 100 трансиверов с интервалом между ними минимум 2,5 м. Спецификация 10Base5 содержит характеристики отводных кабелей, посредством которых NIC рабочей станции соединяется с трансиверами шины. Разрыв отводного кабеля не вызывает отказа всей сети, поскольку приводит к отключению только соответствующей рабочей станции. Однако в новых сетях типа cheapernet трансиверы встроены в NIC, поэтому разрыв в кабельной системе приводит к отказу всей сети.

Помимо разрывов кабелей, в Ethernet встречаются и другие аппаратные проблемы, такие как, например, «затянувшаяся передача» и отказы отдельных станций. «Затянувшаяся передача» имеет место, когда неправильно работающий трансивер передает непрерывный поток пакетов. Эту проблему можно выявить с помощью анализатора протокола. Иногда рабочая станция начинает передавать пакеты, длина которых меньше минимально допустимой (т.н. «коротышки»), или пакеты только максимального размера (что приводит к перегрузке сети). Эти неполадки также обнаруживаются анализатором протокола.

Шины, сегменты и прочее

Из сказанного ранее понятно, что сети, реализуемые в соответствии со стандартами Ethernet и 802.3 - шинные сети. Шина - это канал передачи данных, отдельные части которого называются сегментами. Сегменты можно связывать; для увеличения размеров сети можно пользоваться повторителями.

StarLAN и 10BaseT имеют топологию звезды. Физически кабели к рабочим станциям в таких сетях идут радиально от концентраторов, образуя звездообразную структуру. Логически же они функционируют как шинные сети.

В этих сетях, которые иногда называют пассивными звездами, использованы преимущества звездообразной топологии, обеспечивающей большую надежность функционирования сети. В случае отказа одной рабочей станции предусмотренная здесь схема обхода позволяет другим станциям обойти эту станцию через концентратор или многопортовый трансивер, от которого отходят кабели этих станций.

10BaseT

SynOptics Communications стала первой фирмой, реализовавшей сеть типа Ethernet на неэкранированных витых парах, которая работает со скоростью 10 Мбит/с. Это произошло в 1987 году. За упомянутой сетью последовали изделия нескольких других фирм, в том числе David Systems, Hewlett-Packard, 3Com и DEC. К сожалению, спецификации этих фирм не совпадали между собой. Крупные фирмы неохотно шли на серьезные вложения в оригинальные технологии малых фирм, потому что в случае неудачи все заходило в тупик. Но положение несколько изменилось к лучшему после того, как комитет 802.3 выпустил стандарт l0BaseT.

В стандарте l0BaseT предусмотрена максимальная длина сегмента 100 м. контроль целостности канала и возможность' отключения сегмента в случае отказа без отключения всей сети. Описание устройства доступа к среде передачи (MAU - Media Access Unit) в этом стандарте содержит несколько новшеств, отсутствующих в других спецификациях 802.3. Здесь предусмотрен контроль длительности передачи, который реализуется следующим образом: если MAU продолжает передачу по истечении максимально допустимого промежутка времени, оно отключается. Побыв некоторое время с «кляпом во рту», MAU включается вновь и опять пытается осуществить передачу в сеть. Модуль проверки качества сигнала (SQE) рабочей станции контролирует работу MAU и обеспечивает их готовность к работе в сети. Повторители в сети типа l0BaseT могут отсоединять неправильно функционирующее MAU без отключения всех остальных рабочих станций. После устранения неисправности порт, который был отключен, вновь подключается к сети.

Еще одна полезная особенность l0BaseT - т.н. «интеллектуальная схема подавления». Она позволяет сети l0BaseT функционировать в среде с широким диапазоном конфликтующих сигналов: речевых, сигналов цифровой сети с интеграцией обслуживания (ISDN), асинхронно передаваемых данных и т.д. Подобно матери, которая может различить голос своего ребенка даже в комнате, полной плачущих детей, система подавления, отфильтровывая «чужие» сигналы, позволяет обнаруживать полезные - Ethernet-сигналы.

С помощью стандарта 10BascT решается еще одна проблема. Она состоит в том, что сигнал при прохождении по витой паре искажается. Эта проблема долгое время препятствовала реализации высокоскоростной Ethernet-передачи в такой физической среде. Был разработан специальный метод предварительной коррекции, который заключается в том, что сигнал до начала передачи искусственно искажается таким образом, чтобы компенсировать изменения, возникающие в процессе передачи. В результате сигнал достигает пункта назначения в неискаженном виде.

Главные преимущества l0BaseT заключаются в возможности использовать уже смонтированные неэкранированные витые пары, выбор которых достаточно широк, в простоте монтажа и более высокой надежности соединений по сравнению с вариантом Ethernet на коаксиальных кабелях. В США свыше 90% новых сетей Ethernet реализуются на основе стандарта l0BaseT, чего нельзя сказать о Европе, которая внедряет эту технологию гораздо медленнее. Единственное, что в этой связи хотелось бы отметить в отношении технологии l0BaseT, - это то, что администраторы сетей могут попытаться сэкономить денежные средства, просто приняв за основу предположение о достаточности проложенных в старых зданиях кабельных систем. Документация на здания, в которых имеется очень много дополнительных неэкранированных витых пар, может быть настолько плохой, что просто не будет возможности проследить все линии при создании сети. Могут иметь место и дополнительные отводы где-то внутри здания. Иногда некоторые контуры просто висят в воздухе (поистине дороги, которые ведут в никуда!), короба для кабелей засорены, кабели разорваны или плохо соединены друг с другом.

Ethernet на волоконно-оптических кабелях

В сети стандарта 802.3 можно использовать волоконно-оптические кабельные системы. Главные их достоинства - устойчивость к любому виду взаимных электрических помех и возможность обеспечить дальность связи. Длина волоконно-оптического канала связи может составлять до 4,5 км. По сообщениям фирмы Codenoll, которая является одним из ведущих поставщиков на этом рынке, силами этой фирмы была успешно осуществлена инсталляция самой большой в мире волоконно-оптической сети в штаб-квартире компании Southwestern Bell (г. Сент-Луис, шт. Миссури, США). Эта сеть охватывает помещения обшей площадью полтора миллиона кв. футов на 44 этажах и состоит из 3000 станций, соединенных 92 милями волоконно-оптического кабеля.

На каждой рабочей станции сети должна быть установлена NIC, рассчитанная на передачу в соответствии со стандартом 802.3 по волоконно-оптическому кабелю. Codenoll предлагает трансивер, который выполнен как внешний, но следует, однако, отметить, что в такой сети принцип работы как приемников, так и передатчиков в любом варианте исполнения одинаков; передатчики преобразуют электрические сигналы в световые импульсы, а в приемниках производите обратное преобразование оптических сигналов в электрические.

Оптический шинный звездообразный ответвитель посылает оптические сигналы всем станциям сети. Он представляет собой эквивалент концентратора, о котором упоминалось при рассмотрении стандарта l0BaseT. Использование повторителей позволяет, во-первых, увеличить расстояние, на которое передается информация, и, во-вторых, реализовать «каскадные звезды» путем соединения оптических звездообразных ответвителей. На рынке предлагаются различные модели этих ответвителей (в этом легко убедиться на примере ассортимента изделий фирмы Codenoll): коаксиальный / волоконно-оптический, волоконно-оптический / волоконно-оптический, коаксиальный / коаксиальный. Реальные волоконно-оптические кабели поставляются с уже смонтированными соединителями и заменяют собой коаксиальные кабельные системы и витые пары.

Высокоскоростные варианты сети Ethernet

Многим фирмам, имеющим большие ЛВС типа Ethernet, уже пришлось столкнуться с сетевым эквивалентом дорожной пробки. Как только процент использования сети превышает 40%, ее пропускная способность падает и начинают поступать жалобы от пользователей. Поэтому администраторы сетей были вынуждены заняться поиском способов увеличения трафика, не требующих ввода в эксплуатацию новых сетевых «автострад».

Коммутируемая Ethernet

Первой концепцию коммутируемой Ethernet-технологии внедрила фирма Kalpana. За ней последовали другие фирмы, в частности Alantec и Ariel. Эта технология предусматривает разбиение большой сети на меньшие сегменты с соответственно меньшим числом пользователей в каждом сегменте. Каждый коммутационный порт отвечает за фильтрацию трафика, передаваемого в подключенный к нему сегмент. Если узел в одном сегменте передает сообщение узлу в другом сегменте, то порт пересылает сообщение в коммутационную систему и далее в соответствующий порт назначения. Коммутатор обеспечивает одновременные соединения между сегментами со скоростью 10 Мбит/с.

В концепции фирмы Kalpana для передачи пакетов используется не буферизованная коммутация, а метод, известный как сквозная коммутация (cut-through). Порт коммутатора передает пакет в порт назначения сразу по прочтении адреса пункта назначения. Такой метод позволяет сократить до минимума время ожидания при передаче между портами. К недостаткам этого метода можно отнести конфликты пакетов и возможность прибытия в сегмент-адресат дефектных пакетов.

В большинстве других коммутаторов используется буферизованная коммутация. Этот метод предполагает наличие буфера. Пакет принимается в эту память, и его конечный порт назначения определяется микропроцессором и встроенными программами по таблице адресов.

Но следует отметить, что коммутатор Ethernet хорош только в качестве временного решения, поскольку число его портов ограничено. Вследствие этого покупка коммутатора связана с теми же проблемами, что и покупка учрежденческой телефонной станции, - правда, в меньших масштабах. Администратор сети должен изучить планы перспективного расширения имеющейся сети и попытаться определить, существует ли коммутатор, который мог бы обеспечить необходимый уровень производительности. Для компании, располагающей сетью из 22-х сегментов с перспективой добавления еще двух-трех, покупка коммутатора с двумя возможными вариантами - на 24 и 48 узлов - вряд ли окажется целесообразной.

В сетях, реализованных по дуплексной технологии Ethernet, имеется серьезное ограничение по производительности. Дело в том, что скорости, близкой к 20 Мбит/с, в такой сети можно достичь только тогда, когда трафик сбалансирован в обоих направлениях. А поскольку связь клиент-сервер в большинстве случаев является односторонней, то чаще всего общая производительность оказывается ниже ожидаемой. Однако дуплексные Ethernet-адаптеры все же обеспечивают гораздо более высокую пропускную способность даже в полудуплексном режиме, поэтому при использовании дуплексной Ethernet общая эффективность сети все равно будет выше, и администраторам сетей полезно об этом знать.

Дуплексная Ethernet - это коммутируемая специализированная версия стандартной Ethernet, в которой каналы со скоростью передачи 10 Мбит/с можно формировать в двух направлениях, чтобы добиться суммарной пропускной способности 20 Мбит/с. Аппаратные средства для реализации этой технологии на рынке присутствуют в широком ассортименте. Так, поскольку шина Micro Chsnnel фирмы IBM обеспечивает пакетный режим, IBM предлагает для дуплексных Ethernet-сетей свои платы LANStreamer и EtherStreamer, рекламируя их как наиболее удачные разработки в этой области. Фирма Texas Instruments также проявляет интерес к дуплексной Ethernet, но ее разработки существенно отличаются от изделий других поставщиков Ethernet. Предлагается также совместная разработка фирм SynOptics и Kalpana: дуплексный коммутатор встроен в концентраторы. Compaq тоже не обошла вниманием этот сегмент рынка. Она прелагает свою плату NetFlex с микросхемами Texas Instruments.

Обилие предложений на рынке порождает серьезную проблему для администраторов сетей. Она заключается в несовместимости упомянутых аппаратных средств. Поэтому, несмотря на то, что разработками в данной области занимается такая авторитетная фирма, как Cabletron, многие поставщики заняли выжидательную позицию, т.к. пока неизвестно, проявят ли интерес покупатели к этой версии технологии. Если только потребитель не приобрел одну из интеллектуальных разработок типа предлагаемых фирмами Cabletron и SynOptics, то ему, конечно же, не следует торопиться с вложением средств в эту технологию, ибо она не обеспечивает приемлемой совместимости в сетях масштаба предприятия. Кроме того, при стоимости около $700 за порт дуплексная Ethernet по цене значительно превосходит Ethernet со скоростью передачи 100 Мбит/с.

100-VG AnyLAN

Основными разработчиками технологии lOOBaseVG AnyLAN, по реализации напоминающей комбинацию Ethernet и Token Ring со скоростью передачи 100 Мбит/с, работающей на неэкранированных витых парах (UTP) категорий 3-5, являются фирмы Hewlett-Packard, AT&T и IBM. Эта технология в конечном итоге стала стандартом IEEE 802.12. В спецификации 100-VG (Voice Grade, т.е. «класс передачи речи») предусматривается поддержка волоконно-оптических кабельных систем и экранированных витых пар (STP). Число потенциальных потребителей этой технологии представляется достаточно большим, поскольку многие сети Token Ring включают кабели на экранированных витых парах.

В технологии 100-VG используется не традиционный для Ethernet метод CSMA/CD, а другой метод доступа - обработка запросов по приоритету (demand priority). В этом случае всем узлам сети предоставляется право равного доступа. Концентратор опрашивает каждый порт и проверяет наличие запроса на передачу, а затем разрешает этот запрос в соответствии с приоритетом. Имеются два уровня приоритетов - высокий и низкий.

Система обработки запросов по приоритету работает на четырехпарных кабелях из неэкранированных витых пар категорий 3, 4 и 5, на двухпарных кабелях из экранированных питых пар (STP или IBM тип 1), а также на одномодовых и многомодовых волоконно-оптических кабелях. Для передачи данных по неэкранированным витым парам применяется технология квадратурного кодирования (quartet coding). Данные разбиваются на четыре параллельных потока, каждый из которых направляется по одной паре четырехпарного UTP-кабеля. В каждой паре проводов для передачи двух битов информации за один цикл применяется эффективная схема кодирования 5В6В NRZ (пять битов - шесть битов без возвращения к нулю). Таким образом, квадратурное кодирование позволяет передавать по четырехпарному UTP-кабелю 100 Мбит данных в секунду, при этом частоты сигналов в отдельных витых парах сохраняются на уровне не выше 25МГц.

Для того чтобы обеспечить передачу 100 Мбит данных в секунду по кабелю на экранированных витых парах, данные в сети 100-VG AnyLAN разбиваются на два параллельных потока. Этот метод позволяет воспользоваться преимуществом сравнительно высокого уровня экранирования, который обеспечивает экранированная витая пара, и передавать данные на более высоких частотах. В результате скорость передачи 100 Мбит/с достигается всего на двух парах проводов.

Как и в технологии 10BaseT, в 100BaseVG AnyLAN возможно каскадирование концентраторов в пределах одной подсети и расширение конфигурации сети без дополнительных мостов или иных компонентов. В каскадной конфигурации 100-VG AnyLAN протокол обработки запросов по приоритету позволяет концентраторам автоматически определять, подключены они к концентратору более высокого уровня или нет. Получив запрос на передачу пакета из подключенного узла, концентратор нижнего уровня направляет этот запрос в концентратор следующего более высокого уровня. Концентратор верхнего уровня проводит арбитраж этого запроса вместе с запросами, поступившими от других узлов и концентраторов. После тоге как концентратор верхнего уровня подтвердит по очереди прием каждого запроса, подтверждение направляется по каскаду в концентратор нижнего уровня, который по его получении подтверждает прием всех ожидающих запросов, а после этого возвращает управление концентратору более высокого уровня. Когда концентратор нижнего уровня передаст подтверждение в запросивший узе, последний начнет передачу пакета, имея гарантию его бесконфликтного прохождения по всем подключенным концентраторам данной подсети.

Таким образом, схема арбитража запросов по приоритетам позволяет работать множеству концентраторов по принципу равного доступа и без снижения эффективности сети. Как и 10BaseT, сеть 100-VG AnyLAN можно сегментировать с помощью мостов и коммутаторов, обеспечивая таким образом одновременную передачу пакетов в отдельных подсетях, что еще более увеличивает полосу пропускания для отдельных узлов и серверов. Вариант топологии сети 100-VG AnyLAN представлен на рис. 7.

Серьезными недостатками технологии 100-VG являются отход от традиционного для Ethernet метода доступа CSMA/CD и ощутимый недостаток совместимости с существующими сетями Ethernet. Если технология 100-VG AnyLAN применяется для расширения работающей сети lOBaseT, то для соединения подсетей IOBaseT и 100-VG AnyLAN необходим мост-согласователь скоростей передачи. Этот мост буферизует высокоскоростные пакеты, поступающие в менее скоростную сеть. Поскольку и в 10BaseT, и в l00BaseVG AnyLAN можно использовать один и тот же формат Ethernet-пакета, преобразования пакетов и других операций обработки не требуется.

Для расширения узлов 10BaseT их сетевые адаптеры необходимо заменить адаптерами 100-VG AnyLAN. Прокладывать новый кабель нс нужно. Можно использовать тот же соединитель RJ-45 и те же неэкранированные витые пары, которые применяются в ЛВС 10BaseT. Второй шаг по замене старых узлов l0BaseT узлами 100-VG AnyLAN состоит в отключении кабельных соединителей узлов от портов концентратора 10BaseT в монтажном шкафу и подключении их к портам концентратора 100-VG AnyLAN.

Fast Ethernet

Идея технологии Fast Ethernet родилась в 1992 году. В августе следующего года группа производителей объединилась в Союз Fast Ethernet (Fast Ethernet Alliance, FEA). Целью FEA было как можно скорее получить формальное одобрение Fast Ethernet от комитета 802.3 Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE), так как именно этот комитет занимается стандартами для Ethernet. Удача сопутствовала новой технологии и поддерживающему ее альянсу: в июне 1995 года все формальные процедуры были завершены, и технологии Fast Ethernet присвоили наименование 802.3u.

С легкой руки IEEE Fast Ethernet именуется 100BaseT. Объясняется это просто: 100BaseT является расширением стандарта 10BaseT с пропускной способностью от 10 М бит/с до 100 Мбит/с. Стандарт 100BaseT включает в себя протокол обработки множественного доступа с опознаванием несущей и обнаружением конфликтов CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), который используется и в 10BaseT. Кроме того, Fast Ethernet может работать на кабелях нескольких типов, в том числе и на витой паре. Оба эти свойства нового стандарта весьма важны для потенциальных покупателей, и именно благодаря им 100BaseT оказывается удачным путем миграции сетей на базе 10BaseT.

Главным коммерческим аргументом в пользу 100BaseT является то, что Fast Ethernet базируется на наследуемой технологии. Так как в Fast Ethernet используется тот же протокол передачи сообщений, что и в старых версиях Ethernet, а кабельные системы этих стандартов совместимы, для перехода к 100BaseT от 10BaseT требуются меньшие капитальные вложения, чем для установки других видов высокоскоростных сетей. Кроме того, поскольку 100BaseT представляет собой продолжение старого стандарта Ethernet, все инструментальные средства и процедуры анализа работы сети, а также все программное обеспечение, работающее на старых сетях Ethernet должны в данном стандарте сохранить работоспособность. Следовательно, среда 100BaseT будет знакома администраторам сетей, имеющим опыт работы с Ethernet. А значит, обучение персонала займет меньше времени и обойдется существенно дешевле.

Наряду с сохранением протокола CSMA/CD, другим важным решением было спроектировать 100BaseT таким образом, чтобы в нем можно было применять кабели разных типов - как те, что используются в старых версиях Ethernet, так и более новые модели. Стандарт определяет три модификации для обеспечения работы с разными видами кабелей Fast Ethernet: 100BaseTX, 100BaseT4 и 100BaseFX. Модификации 100BaseTX и 100BaseT4 рассчитаны на витую пару, а 100BaseFX был разработан для оптического кабеля.

Стандарт 100BaseTX требует применения двух пар UTP или STP. Одна пара служит для передачи, другая - для приема. Этим требованиям отвечают два основных кабельных стандарта: EIA/TIA-568 UTP Категории 5 и STP Типа 1 компании IBM. В 100BaseTX привлекательно обеспечение полнодуплексного режима при работе с сетевыми серверами, а также использование всего двух из четырех пар восьмижильного кабеля - две другие пары остаются свободными и могут быть использованы в дальнейшем для расширения возможностей сети.

Впрочем, если вы собираетесь работать с 100BaseTX, используя для этого проводку Категории 5, то вам следует знать и об его недостатках. Этот кабель дороже других восьмижильных кабелей (например Категории 3). Кроме того, для работы с ним требуется использование пробойных блоков (punchdown blocks), разъемов и коммутационных панелей, удовлетворяющих требованиям Категории 5. Нужно добавить, что для поддержки полнодуплексного режима следует установить полнодуплексные коммутаторы.

Стандарт 100BaseT4 отличается более мягкими требованиями к используемому кабелю. Причиной тому то обстоятельство, что в 100BaseT4 используются все четыре пары восьмижильного кабеля: одна для передачи, другая для приема, а оставшиеся две работают как на передачу, так и на прием. Таким образом, в 100BaseT4 и прием, и передача данных могут осуществляться по трем парам. Раскладывая 100 Мбит/с на три пары, 100BaseT4 уменьшает частоту сигнала, поэтому для его передачи довольно и менее высококачественного кабеля. Для реализации сетей 100BaseT4 подойдут кабели UTP Категорий 3 и 5, равно как и UTP Категории 5 и STP Типа 1.

Преимущество 100BaseT4 заключается в менее жестких требованиях к проводке. Кабели Категорий 3 и 4 более распространены, и, кроме того, они существенно дешевле, нежели кабели Категории 5, о чем не следует забывать до начала монтажных работ. Недостатки же состоят в том, что для 100BaseT4 нужны все четыре пары и что полнодуплексный режим этим протоколом не поддерживается.Ethernet включает также стандарт для работы с многомодовым оптоволокном с 62.5-микронным ядром и 125-микронной оболочкой. Стандарт 100BaseFX ориентирован в основном на магистрали - на соединение повторителей Fast Ethernet в пределах одного здания. Традиционные преимущества оптического кабеля присущи и стандарту 100BaseFX: устойчивость к электромагнитным шумам, улучшенная защита данных и большие расстояния между сетевыми устройствами.

Хотя Fast Ethernet и является продолжением стандарта Ethernet, переход от сети 10BaseT к 100BaseT нельзя рассматривать как механическую замену оборудования - для этого могут потребоваться изменения в топологии сети.

Теоретический предел диаметра сегмента сети Fast Ethernet составляет 250 метров; это всего лишь 10 процентов теоретического предела размера сети Ethernet (2500 метров). Данное ограничение проистекает из характера протокола CSMA/CD и скорости передачи 100Мбит/с.

В традиционных сетях Ethernet с пропускной способностью 10 Мбит/с максимальное расстояние между двумя конечными станциями составляет 2500 метров.

Как уже отмечалось ранее, передающая данные рабочая станция должна прослушивать сеть в течение времени, позволяющего убедиться в том, что данные достигли станции назначения. В сети Ethernet с пропускной способностью 10 Мбит/с (например 10Base5) промежуток времени, необходимый рабочей станции для прослушивания сети на предмет конфликта, определяется расстоянием, которое 512-битный кадр (размер кадра задан в стандарте Ethernet) пройдет за время обработки этого кадра на рабочей станции. Для сети Ethernet с пропускной способностью 10 Мбит/с это расстояние равно 2500 метров.

Максимальная длина сегмента в сети 100BaseT составляет 250 метров, то есть всего 10% от теоретического предела протяженности сети Ethernet.

Ввиду увеличения пропускной способности при переходе к 100BaseT, расстояние между конечными рабочими станциями не должно превышать 250 м.

С другой стороны, тот же самый 512-битный кадр (стандарт 802.3u задает кадр того же размера, что и 802.3, то есть в 512 бит), передаваемый рабочей станцией в сети Fast Ethernet, пройдет всего 250 м, прежде чем рабочая станция завершит его обработку. Если бы принимающая станция была удалена от передающей станции на расстояние свыше 250 м, то кадр мог бы вступить в конфликт с другим кадром на линии где-нибудь дальше, а передающая станция, завершив передачу, уже не восприняла бы этот конфликт. Поэтому максимальный диаметр сети 100BaseT составляет 250 метров.

Чтобы использовать допустимую дистанцию, потребуется два повторителя для соединения всех узлов. Согласно стандарту, максимальное расстояние между узлом и повторителем составляет 100 метров; в Fast Ethernet, как и в 10BaseT, расстояние между концентратором и рабочей станцией не должно превышать 100 метров. Поскольку соединительные устройства (повторители) вносят дополнительные задержки, реальное рабочее расстояние между узлами может оказаться еще меньше. Поэтому представляется разумным брать все расстояния с некоторым запасом.

Для работы на больших расстояниях придется приобрести оптический кабель. Например, оборудование 100BaseFX в полудуплексном режиме позволяет соединить коммутатор с другим коммутатором или конечной станцией, находящимися на расстоянии до 450 метров друг от друга. Установив полнодуплексный 100BaseFX, можно соединить два сетевых устройства на расстоянии до двух километров.

Кроме кабелей, которые мы уже обсудили, для установки Fast Ethernet потребуются сетевые адаптеры для рабочих станций и серверов, концентраторы 100BaseT и, возможно, некоторое количество коммутаторов 100BaseT.

Адаптеры, необходимые для организации сети 100BaseT, носят название адаптеров Ethernet 10/100 Мбит/с. Данные адаптеры способны (это требование стандарта 100BaseT) самостоятельно отличать 10 Мбит/с от 100 Мбит/с. Чтобы обслуживать группу серверов и рабочих станций, переведенных на 100BaseT, потребуется также концентратор 100BaseT.

При включении сервера или персонального компьютера с адаптером 10/100 последний выдает сигнал, оповещающий о том, что он может обеспечить пропускную способность 100Мбит/с. Если принимающая станция (скорее всего, это будет концентратор) тоже рассчитана на работу с 100BaseT, она в ответ выдаст сигнал, по которому и концентратор, и ПК или сервер автоматически переходят в режим 100BaseT. Если концентратор работает только с 10BaseT, он не подает ответный сигнал, и ПК или сервер автоматически перейдут в режим 10BaseT.

В случае мелкомасштабных конфигураций 100BaseT можно применить мост или коммутатор 10/100, которые обеспечат связь части сети, работающей с 100BaseT, с уже существующей сетью 10BaseT.

Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet стал новым любимчиком в отрасли, временно затмив ATM и другие технологии, также обещавшие решить проблемы нехватки полосы пропускания. Один взгляд на выставку NetWorld+Interop в Атланте подтверждает, что Gigabit Ethernet - это технология дня.

Продукты Gigabit Ethernet разрабатывают многие компании, а Cisco Systems даже решилась раскошелиться в сентябре 1996 года на 220 млн. долларов для приобретения Granite Systems, частной компании, занятой разработкой многоуровневой коммутации на основе специализированных интегральных микросхем. Несмотря на то что появление стандарта ожидается не ранее 1998 года, пользователям пора подумать о том, как перевести свои перегруженные ресурсы на гигабитную скорость и где Gigabit Ethernet стыкуется с ATM.

По аналогии с тем, что 100Base-T Fast Ethernet - близкий родственник 10Base-T, IEEE предполагает сделать Gigabit Ethernet частью все того же семейства Ethernet, но при этом кадры будут проскакивать через сеть с огромной скоростью в 1000 Мбит/с.

И Fast Ethernet, и Gigabit Ethernet позиционируются как логические расширения Ethernet на 10 Мбит/с, но обе эти технологии опираются также на стандартные высокоскоростные сетевые топологии. Так, физический уровень FDDI был заимствован и адаптирован для Fast Ethernet. Аналогично, Gigabit Ethernet собирается воспользоваться физическим уровнем Fiber Channel. Fiber Channel обеспечивает пропускную способность около 800 Мбит/с, но за счет повышения скорости передачи сигнала до 1,25 Гбит/с потенциальная пропускная способность Gigabit Ethernet составит 1000 Мбит/с, или 1 Гбит/с.

Исходная черновая спецификация определяет стандарт Gigabit Ethernet для одномодового и многомодового оптоволокна с использованием возможностей физического уровня технологии Fiber Channel. Это может оказаться несколько неожиданным для пользователей Ethernet, которые привыкли к тому, что они могут работать с различными типами медного кабеля.

Окончательная спецификация Gigabit Ethernet должна включать стандарт и на медный кабель. Выбор среды передачи зависит от того, где организация собирается развертывать Gigabit Ethernet.

Большинство других аспектов Gigabit Ethernet будут аналогичны принятой спецификации Ethernet 802.3, в том числе используемый в полудуплексных сетях Ethernet метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD).

Как было указано выше, трудности с CSMA/CD в том, что увеличение скорости приводит к уменьшению протяженности сегмента. Это весьма проблематично, когда данные должны передаваться с гигабитной скоростью. Один из способов решения данной проблемы состоит в использовании так называемого полнодуплексного повторителя CSMA/CD, благодаря которому протяженность сегмента может быть увеличена. Он сочетает в себе черты повторителя CSMA/CD и коммутатора Ethernet.

Полнодуплексный повторитель в сети Gigabit Ethernet передает кадр во многом аналогично традиционному повторителю CSMA/CD - с одного порта на все остальные, разделяя таким образом полосу пропускания в 1000 Мбит/с между всеми подсоединенными устройствами. Полнодуплексный повторитель должен иметь полнодуплексные каналы к каждой подключенной станции, причем на полнодуплексных каналах метод CSMA/CD применяться не будет - здесь для обеспечения доступа и контроля за перегрузкой в разделяемой полосе пропускания такой повторитель будет использовать механизм управления потоком кадров 802.3x.

Повторитель CSMA/CD может работать и с полно-, и с полудуплексными каналами, однако он рассматривает все каналы как полудуплексные. Полнодуплексные повторители и повторители CSMA/CD будут отличаться ценой и производительностью. Полнодуплексный повторитель обеспечит более высокую производительность, в то время как повторитель CSMA/CD будет дешевле. GEA предполагает, что в окончательный стандарт IEEE войдут обе схемы.

Переход к Gigabit Ethernet, как и к любой другой технологии, происходит в несколько этапов. Тот факт, что Gigabit Ethernet позволяет осуществлять полнодуплексную передачу данных, делает его идеальным кандидатом на роль сетевой магистрали, где высокоскоростная связь между коммутаторами 10/100Base-T в высшей степени необходима. При добавлении гигабитных модулей к краевым коммутаторам на 10/100 Мбит/с администраторы сетей смогут поддерживать больше разделяемых и коммутируемых сегментов Ethernet. Кроме того, такая сеть будет поддерживать большую пропускную способность и большее число узлов в одном сегменте. Основная масса специалистов отрасли считают, что первые продукты будут развертываться именно на этом уровне.Networks объявила о том, что она собирается поставлять коммутирующий концентратор GeoLAN/500 Nonstop с портом для каскадирования Gigabit Ethernet с середины 1997 года. Другие компании, известные своими коммутаторами Ethernet, тоже намереваются выпустить порты для каскадирования Gigabit Ethernet.

После перевода магистрали на гигабитную скорость вслед за ней должны последовать и другие части сети. Следующим этапом перехода к Gigabit Ethernet станет модернизация каналов между коммутаторами Fast Ethernet. Перевод каналов между коммутаторами на гигабитную скорость позволит коммутаторам на 10/100 Мбит/с поддерживать большее число коммутируемых и разделяемых сегментов Fast Ethernet.

Если гигабитные порты для каскадирования и гигабитные коммутаторы будут первыми, использующими эту технологию продуктами, то далее, вероятно, появятся и гигабитные сетевые платы для высокопроизводительных суперсерверов. Серверы затем могут быть подключены к уже установленным в сети гигабитным коммутаторам для обеспечения обмена данными с темпом 1000 Мбит/с.Ethernet противопоставляется иногда ATM, как высокоскоростная технология для магистрали, однако это далеко не тот род конкуренции, которому мы время от времени становимся свидетелями.

Стандарт IEEE 802.5: сети Token-Ring

Многие крупные компании имеют сети смешанной архитектуры. Доминирует среди них Ethernet, но присутствует и большое количество сетей Token-Ring (маркерное кольцо). Комитет IEEE 802 разработал стандарт, получивший известность как IEEE 802.5 и определивший локальную сеть без конкуренции, сеть, логически представляющую собой кольцо, а физически - звезду. Кабели к отдельным рабочим станциям идут по радиусам от концентратора - т.н. устройства многостанционного доступа (multistation access units). Комитет IEEE 802.5 опубликовал свой проект в Голубой книге и регулярно дополняет его. Исходная спецификация предусматривала скорость передачи 4 Мбит/с. Сегодня практически все предлагаемые на рынке адаптеры - двухскоростные, на 4 и 16 Мбит/с.

Использование маркеров в сетях 802.5

Маркер (token) представляет собой определенную последовательность битов и одновременно может быть использован только одной рабочей станцией или узлом. Передающая рабочая станция физически видоизменяет эту маркерную битовую последовательность - это является сообщением всем другим рабочим станциям, что маркер занят. Маркер, преобразованный в кадр, содержащий сообщение, передается по кольцу до тех пор, пока не попадет на рабочую станцию-адресат.

Сообщения, посылаемые по кольцевой маркерной сети, получают все рабочие станции. Каждая станция проверяет, не ей ли это сообщение адресовано. Если нет, то станция выступает в роли ретранслятора и передает полученный кадр на следующую рабочую станцию сети. Когда станция-адресат наконец получает сообщение. она копирует его в свою память, а затем возвращает его по кольцу обратно передающей станции. Последняя проверяет, нормально ли скопировано сообщение, после чего «ожидает» маркер для использования другими станциями.

Не правда ли, передача маркера напоминает игру в «глухой телефон», в которой участники садятся в кружок и шепотом передают друг другу сообщение, пока его не услышит тот, с которого началась игра? Теперь представим себе, что один из играющих уснул и не передал нужные слова соседу. Очевидно, что в этом случае сообщение не сможет обойти полный круг. Концентратор решает подобные проблемы путем обхода неработающих станции (подробнее на этом мы остановимся ниже в этой же главе). Таким образом сохраняется работоспособность сети в случае отказа одного из ее узлов.

Сеть Token Ring со скоростью передачи 16 Мбит/с

На предприятиях, где имеется сеть Token Ring со скоростью передачи 16 Мбит/с, сети обычно очень большие. При построении таких сетей значительную роль играет волоконная оптика. Многие поставщики предлагают преобразователи для включения волоконно-оптических кабелей в маркерное кольцо. Эти преобразователи позволяют реализовать оптические каналы связи между монтажными шкафами через многомодовый волоконно-оптический кабель 62,5/125 или 100/140.

Такие волоконно-оптические системы часто имеют специальное программное обеспечение управления сетью, и, кроме того, в них предусмотрены два различных пути прохождения сигналов (основной и резервный). Как правило, по основному пути проходит сетевой трафик, а по резервному - служебные сигналы. В случае обнаружения собственной неисправности оптические преобразователи отключаются от сети, а после ее устранения - подключаются вновь.

Досрочная передача маркера в 16-Мбит/с сети Token Ring. Рабочая станция в сети Token Ring со скоростью передачи 16 Мбит/с может передавать маркер сразу же после передачи кадра данных, не дожидаясь, пока кадр вернется. Согласно утверждениям представителей IBM, использование в одной сети нескольких маркеров при длине кадра свыше 128 байтов может повысить эффективность использования сети до 95% и более.

Стандарт FDDI

В виду того, что стандарт FDDI применяется в основном при построении магистралей, в этом разделе будут уделено определенное внимание таким понятиям мост(bridge) и маршрутизатор(router). Кроме того, для понимания общей концепции ЛВС ниже упомянуто более расширено и про концентратор(hub).

Принцип действия сети FDDI

Сеть FDDI представляет собой волоконно-оптическое маркерное кольцо со скоростью передачи данных 100 Мбит/сек.

Стандарт FDDI был разработан комитетом X3T9.5 Американского национального института стандартизации (ANSI). Сети FDDI поддерживается всеми ведущими производителями сетевого оборудования. В настоящее время комитет ANSI X3T9.5 переименован в X3T12.

Использование в качестве среды распространения волоконной оптики позволяет существенно расширить полосу пропускания кабеля и увеличить расстояния между сетевыми устройствами.

Сравним пропускную способность сетей FDDI и Ethernet при многопользовательском доступе. Допустимый уровень утилизации сети Ethernet лежит в пределах 35% (3.5 Мбит/сек) от максимальной пропускной способности (10 Мбит/сек), в противном случае вероятность возникновения коллизий становится не слишком высокой и пропускная способность кабеля резко снизится. Для сетей FDDI допустимая утилизация может достигать 90-95% (90-95 Мбит/сек). Таким образом, пропускная способность FDDI приблизительно в 25 раз выше.

Детерминированная природа протокола FDDI (возможность предсказания максимальной задержки при передаче пакета по сети и возможность обеспечить гарантированную полосу пропускания для каждой из станций) делает его идеальным для использования в сетевых АСУ ТП реального времени и в приложениях, критичных ко времени передачи информации (например для передачи видео и звуковой информации).

Многие из своих ключевых свойств FDDI унаследовала от сетей Token Ring. Прежде всего - это кольцевая топология и маркерный метод доступа к среде.

Однако FDDI имеет и ряд принципиальных отличий от Token Ring, делающий ее более скоростным протоколом. Например, изменен алгоритм модуляции данных на физическом уровне. Token Ring использует схему манчестерского кодирования, требующую удвоения полосы передаваемого сигнала относительно передаваемых данных. В FDDI реализован алгоритм кодирования «пять из четырех» - 4В/5В, обеспечивающий передачу четырех информационных бит пятью передаваемыми битами. При передаче 100 Мбит информации в секунду физически в сеть транслируется 125 Мбит/сек, вместо 200 Мбит/сек, что потребовалось бы при использовании манчестерского кодирования.

Оптимизировано и управление доступа к среде. В Token Ring оно основано на побитовой основе, а в FDDI на параллельной обработке группы из четырех или восьми передаваемых битов. Это снижает требования к быстродействию оборудования.

Физически кольцо FDDI образовано волоконно-оптическим кабелем с двумя светопроводящими волокнами. Одно из них образует первичное кольцо (primary ring), является основным и используется для циркуляции маркеров данных. Второе волокно образует вторичное кольцо (secondary ring), является резервным и в нормальном режиме не используется.

Станции, подключенные к сети FDDI, подразделяются на две категории.

. Станции класса А имеют физические подключения к первичному и вторичному кольцам (Dual Attached Station - двукратно подключенная станция);

. Станции класса B имеют подключение только к первичному кольцу (Single Attached Station - однократно подключенная станция) и подключается только через специальные устройства, называемые концентраторами.

Порты сетевых устройств, подключаемых к сети FDDI, классифицируются на 4 категории: А порты, В порты, М порты и S порты. Портом А называется порт, принимающий данные из первичного кольца и передающий их во вторичное кольцо. Порт В-это порт, принимающий данные из вторичного кольца и передающий их в первичное кольцо. М (Master) и S (Slave) порт передают и принимают данные с одного и того же кольца. М порт используется на концентраторе для подключения Single Attached Station через S порт.

Стандарт X3T9.5 имеет ряд ограничений. Общая длина двойного волоконно-оптического кольца - до 100 км. К кольцу можно подключить до 500 станций класса А. Расстояние между узлами при использовании многомодового волоконно-оптического кабеля - до 2 км, а при использовании одномодового кабеля определяется в основном параметрами волокна и приемо-передающего оборудования (может достигать 60 и более км).

Отказоустойчивость сетей FDDI

Стандарт ANSI X3T9.5 регламентирует 4 основных отказоустойчивых свойства сетей FDDI:

. Кольцевая кабельная система со станциями класса А отказоустойчива к однократному обрыву кабеля в любом месте кольца. Станции, находящиеся по обе стороны обрыва, переконфигурируют путь циркуляции маркера и данных, подключая для этого вторичное волоконно-оптическое кольцо.

. Выключение питания, отказ одной из станций класса В или обрыв кабеля от концентратора до этой станции будет обнаружен концентратором, и произойдет отключение станции от кольца.

. Две станции класса В подключены сразу к двум концентраторам. Этот специальный вид подключения называется Dual Homing и может быть использован для отказоустойчивого (к неисправностям в концентраторе или в кабельной системе) подключения станций класса В за счет дублирования подключения к основному кольцу. В нормальном режиме обмен данными происходит только через один концентратор. Если по какой-либо причине связь теряется, то обмен будет осуществляться через второй концентратор.

. Выключение питания или отказ одной из станций класса А не приведет к отказу остальных станций, подключенных к кольцу, т.к. световой сигнал будет просто пассивно передаваться к следующей станции через оптический переключатель (Optical Bypass Switch). Стандарт допускает иметь до трех последовательно расположенных выключенных станций.

Оптические переключатели производят фирмы Molex и AMP.

4.4 Сетевое оборудование

Так как пассивное сетевое оборудование (например, кабельная система) в достаточном объеме было рассмотрено в первой части, то на данном вопросе мы останавливаться больше не будем.

Следует отметить, что мы позволим себе опустить рассмотрение серверов, так как этот вопрос достаточно объемен, чтобы обсуждать его в рамках рассматриваемой нами темы.

В виду того, что самой распространенной сетевой архитектурой в России является сетевая архитектура Ethernet/Fast Ethernet, дальнейшее рассмотрение темы ЛВС будет проходить на примерах именно из этих технологий.

Концентратор (Hub)

Концентратор - простейшее сетевое устройство, позволяющее объединять между собой несколько компьютеров. Грубо говоря, он является ни чем, иным, как многопортовым повторителем, который передает сигнал, снятый с одного своего порта на все остальные. Физически концентратор с присоединенными узлами представляют собою звезду, а фактически - шину. Каждый узел присоединяется к концентратору отдельным кабелем. Внутри концентратора имеется цифровая шина, к которой через порт повторителя присоединяются все узлы. Внутренняя цифровая шина занимает место, отведенное коаксиальному кабелю в шинной сети. Порты повторителя предназначены для выполнения тех же функций, что и повторители шинной сети.

Различие между ними заключается в том, что концентратор имеет не два, а много (до 32) портов. В случае сетей Ethernet эта технология называется l0Base-T, а в случае Fast Ethernet - l00Base-T. Общий принцип работы концентратора показан на рис. 4.8. и рис. 4.9.

Рис. 4.8. Базовый концентратор

Использование концентратора дает некоторые преимущества и упрощает прокладку кабелей. Причем установить концентратор значительно проще, так как соединения идут от центра к каждому узлу сети. Подобным образом устроены все телефонные системы. Кроме того, для соединения узлов с концентратором используется недорогая неэкранированная витая пара. В технологии l0Base-T/100Base-T для этой цели применяется обычный телефонный кабель, что значительно упрощает прокладку сети в старых зданиях. Часто потребность в прокладке нового кабеля отпадает вовсе, так как сигналы проходят по уже существующему телефонному кабелю.

Использование дешевой витой пары действительно снижает стоимость сети. Однако самое большое преимущество концентраторов состоит в том, что они в определенной мере являются «интеллектуальными» устройствами, контролирующими каждое соединение в сети. К тому же повторители Ethernet и Fast Ethernet обладают многими новыми возможностям. Правда, в то время как Ethernet поддерживает две физические топологии - шину и звезду. Fast Ethernet поддерживает только звезду. Сеть Fast Ethernet не может работать на коаксиальном кабеле.

При работе с Ethernet и Fast Ethernet термины концентратор и повторитель взаимозаменяемы. В случае других технологий они часто означают различные вещи. Концентратор обычно расположен в центре, и к нему ведут все соединения от узлов. Концентраторы часто являются просто механическими устройствами для соединения кабелей и обеспечения их оконечной нагрузки. Вы наверняка видели телефонные стояки, являющиеся одной из форм проводного концентратора. В технологии FDDI используется термин concentrator, в Token Ring - термин MAU, а в 100VG AnyLAN и ARCNet - термин hub.

Рис. 4.9. Концентратор работает подобно кабельной шине

В Ethernet и Fast Ethernet повторитель - это устройство, копирующее (повторяющее) электрические сигналы, проходящие между двумя или более устройствами. Ранние двухпортовые повторители просто соединяли два сегмента коаксиального кабеля. Концентраторы-повторители Fast Ethernet совмещают функции концентратора и повторителя. Концентратор может быть выполнен в виде отдельного блока либо платы, встраиваемой в большее шасси. Иногда он собирается из отдельных устройств, называемых наращиваемыми концентраторами (stackable hubs).

Мост (bridge)

До появления технологии коммутации проблему перегрузки сети решали путем разделения перегруженных сегментов Ethernet на два и более отдельных сегмента. Эта техника часто называется сегментированием (segmenting) или разбиением (partitioning). И хотя такое решение возможно, но на практике редко случается, чтобы единая сеть была разделена на отдельные, не связанные между собой ЛВС. Когда сегмент Ethernet разбивается, то почти всегда существует определенный вид связи между новыми сегментами. Отдельные сегменты Ethernet могут быть связаны друг с другом двумя способами: с использованием маршрутизатора или при помощи моста.

Мосты - это более простые, по сравнению с маршрутизаторами, устройства, специально спроектированные именно для связывания сегментов. В технологии Ethernet мосты стали первичными устройствами связи с первых дней ее существования. Обычно мосты являются двухпортовыми устройствами, и каждый порт присоединен к сегменту сети. Однако мосты могут иметь и более двух портов, чаще всего три или четыре. Три сегмента сети, соединенные мостом, показаны на рис. 16.

Каждый из соединенных мостами сегментов Ethernet имеет отдельную область коллизий. Тем не менее мосты работают таким обраом, что узлы различных сегментов взаимодействуют подобно тому, как если бы они находились в одной области коллизий. Иными словами, по отношению к узлу сеть с мостами ведет себя как неразделенная. Например, в сети, схема которой приведена на рис. 4.10., узел А может взаимодействовать с узлами E - H сегмента 2 точно так же, как он взаимодействует с узлами В - D собственного сегмента. Это возможно благодаря важной и определяющей характеристике моста, а именно: он является прозрачным устройством (transparent device), т.е. узлы сегментов и не подозревают о его существовании.

Рис. 4.10. Схема сети с трехпортовым мостом

Мост также является устройством уровня 2, поскольку он работает с кадрами, а не с пакетами. В отличие от концентратора, который оперирует только пакетами, состоящими из потоков битов, мост получает и отправляет кадры и работает с элементами кадра, интерпретируя их.

Мосты позволяют администратору сети разбить единый сегмент Ethernet на два связанные между собой сегмента, не беспокоя пользователей и не выполняя реконфигурации или модификации узлов. Легко представить, что изменять при необходимости конфигурацию сети, незначительно или вовсе не воздействуя на пользователей, действительно удобно.

Сегментирование системы Ethernet при помощи мостов эффективно, если локальный трафик больше, а еще лучше - намного больше, чем глобальный. Из этого следует одно из важнейших неписаных сетевых правил, подобных правилу правой руки - правило 80/20. Оно гласит, что сетевая система должна быть спроектирована и реализована так, чтобы по крайней мере 80% трафика было локальным. Естественно, на долю глобального трафика остается 20%. Если правило 80/20 соблюдено, то мосты работают очень эффективно. Для соблюдения этого правила обычно достаточно разместить каждый сервер в том же сегменте, где находится его пользователь.

Мост способен фильтровать и ретранслировать сетевой трафик потому, что любой из его портов, во-первых, может работать в циркулярном режиме и, во-вторых, запоминает адреса.

Поскольку любой из портов моста работает в циркулярном режиме, то он получает все кадры, переданные присоединенным к нему сегментом. В этом состоит ключ к пониманию работы моста. Когда порт получает кадр, мост решает, что с ним следует сделать - ретранслировать или отфильтровать. Его решение основано на запоминании адресов, существующих в сегменте, который может быть присоединен к любому из портов. Подобно правилам CSMA/CD, этот процесс легко описывается алгоритмом, структурная схема которого представлена на рис. 4.11.

Часто сеть с мостами называется широковещательной областью (broadcast domain). В противоположность сети с единой областью коллизий широковещательная область - это множество узлов, принадлежащих нескольким областям коллизий и имеющих возможность обмениваться широковещательными кадрами. Так, на рис. 16 узлы (A-F), (Н-М) и (N-S) находятся в разных областях коллизий, однако принадлежат одной широковещательной области. Поскольку все узлы сети с мостами расположены в одной широковещательной области, то обычные функции ЛВС, типа открытия сервера и загрузки, работают так, как будто все узлы находятся в единственной области коллизий.

Однопунктовые кадры ретранслируются совершенно по другому. Когда на мост поступает однопунктовый кадр, то указанный в нем адрес получателя разыскивается в таблице адресов моста. В зависимости от результата поиска принимается одно из перечисленных ниже решений.

Рис. 4.11. Алгоритм работы моста

1. Результат поиска

Адрес в таблице не обнаружен.

Адрес в таблице имеется, но соответствующий ему номер порта не совпадает с номером порта, принявшего кадр.

Адрес в таблице найден, а соответствующий ему номер порта совпадает с номе ром порта, принявшего кадр.

2. Решение о ретрансляции

Кадр ретранслируется во все порты, как будто он является широковещательным.

Кадр ретранслируется только в порт, номер которого указан в таблице адресов.

Кадр фильтруется. Он не ретранслируется ни в один из портов. ром порта, принявшего кадр.

Этот процесс называется решением о ретрансляции и происходит при получении любого кадра любым активным портом моста. Первое решение о ретрансляции очень важно - это одна из главных причин, по которым мост является подлинно прозрачным устройством. Вполне возможно, что узел пошлет однопунктовый кадр узлу, находящемуся в сегменте на другом порту моста до того, как последний будет обнаружен, передав свой кадр. Например, узел А может передать однопунктовый пакет узлу F до того, как мост запомнил, что F связан с портом 2. Пока мост не запомнит, где находится F, он обязан ретранслировать все пакеты, посланные узлом А узлу F, в порты 2 и 3. Обычно запоминание происходит быстро, поскольку узел F чаще всего реагирует уже на первый пакет от узла А.

Почему так происходит? На этот часто задаваемый вопрос существует простой ответ. Пока активный узел молчит, процесс старения удаляет определенные записи из таблицы адресов. Хорошим примером тому может послужить работа сетевого принтера. Если принтер, являющийся пассивным устройством, молчит в течение более продолжительного времени, чем время старения, мост забудет, где он находится. Когда возникнет необходимость что-либо напечатать, сервер печати пошлет принтеру кадр. Мост же должен будет ретранслировать этот кадр на все порты, потому что он не знает к какому именно из них принтер подключен.

Подобным образом работают все мосты. Однако у некоторых из них решения о ретрансляции принимаются на основании более сложных правил. Например, мост может ретранслировать лишь некоторые типы широковещательных кадров, а все остальные фильтровать. Многие мосты допускают ручную настройку отдельных элементов таблицы адресов, так называемых статических элементов, которые никогда не удаляются из таблицы.

Чтобы должным образом сегментировать крупную сеть, одного моста часто бывает недостаточно. Поскольку данные устройства являются подлинно прозрачными, то в одной сети их может быть несколько. Например, к представленной на рис. 4.10. сети можно добавить еще сегменты (рис. 4.12).

Рис. 4.12. Схема сети с несколькими мостами

Прозрачность мостов позволяет создавать весьма сложные сети. Работа будет успешной, если сеть с мостами сконфигурирована в виде дерева. Это означает, что между любыми двумя узлами такой сети должен существовать единственный путь. Если таких путей несколько, то это не дерево. Множество путей между двумя узлами называется петлей. Наличие петель вызывает огромную путаницу и широковещательные штормы. Это может привести к трем таким нежелательным последствиям, как:

1 широковещательные штормы (broadcast storms);

2 проблемы с запоминанием;

3 размножение однопунктовых кадров.

Наихудшей из этих проблем является первая - широковещательные штормы. Обычно она выводит сеть из строя рис. 4.13.

Рис. 4.13. Петли в сети с мостами

Например, если узел А передает широковещательный кадр, то он будет ретранслирован мостами 1 и 3. Оба моста переправят его в сегмент Дельта. Проблема возникнет, когда порт 2 моста 3 получит широковещательный кадр от моста 1. Естественно, он ничего не знает о мосте 1 и отправит кадр ему обратно. Переданный узлом А широковещательный кадр снова очутится в сегменте Альфа. Такой эффект часто называется размножением кадра. Более того, мост 1 снова ретранслирует полученный кадр. А хуже всего то. что процесс размножения будет продолжаться. В первом круге будет 2 кадра, затем 4, 8, 16 кадров и т.д. Очень быстро широковещательный кадр «съест» полосы пропускания всех сегментов. И все это случится по вине одного узла, пославшего широковещательный кадр в единственную петлю.

Теперь несколько слов о запоминании. В процессе движения широковещательного кадра по сети каждый мост петли будет наблюдать один и тот же адрес отправителя на нескольких принимающих портах, все время выбирать ветвь «Да» в блоке 2 схемы алгоритма работы моста и обновлять свою таблицу адресов. Это приведет к хаосу, так как однопунктовые кадры будут направляться не в те порты.

Однопунктовые кадры также будут размножаться, но не более чем по одному разу. И это вызовет большие проблемы. Сетевые протоколы спроектированы таким образом, чтобы получать каждый кадр один и только один раз. Получив размноженный кадр, они воспримут его как ошибочный и запросят отправивший узел вновь послать кадр. Поскольку каждый однопунктовый кадр удвоен, то отправивший узел получит два запроса на повторение и дважды ответит.

Короче говоря, сеть с петлями функционировать не может. К счастью, имеется простой и почти автоматический способ обнаружения и удаления петель. Кроме запоминания и ретрансляции, все современные мосты имеют функцию, называемую остовным деревом (spanning tree). Это алгоритм усечения, с помощью которого сеть с петлями преобразуется в правильную, свободную от петель.

Алгоритм остовного дерева, алгоритм запоминания и протокол взаимодействия мостов детально описаны в спецификации IEEE 802.1D. Указанный протокол состоит из специального множества многопунктовых сообщений под названием BPDU (Bridge Protocol Data Units - элементы данных протокола моста). Мосты используют BPDU для взаимодействия друг с другом, изучения топологии сети и обнаружения петель. Установив наличие петель, мосты начинают совместно отключать некоторые из своих портов. В результате петли уничтожаются и достигается топология дерева, соединяющего все узлы. Такое дерево называется остовным (отсюда название алгоритма). Например, сеть, схема которой приведена на рис. 4.13., может быть усечена, как показано на рис. 4.14. Здесь порты 1 и 2 моста 3 отключены, связь между мостом 3 и сегментами Альфа и Дельта становится резервной для соединения через мост 1.

Рис. 4.14. Усечённая сеть

Алгоритм остовного дерева подразумевает, что сети с мостами и петлями можно проектировать преднамеренно. Такой прием позволяет создавать в сети избыточные резервные пути между сегментами. Как только все связи остовного дерева будут определены, мосты станут наблюдать сеть, с тем чтобы убедиться, что все связи дерева функционируют. Если любая связь, имеющая дублирующую, выходит из строя, то включается резервная связь. Это происходит полностью автоматически. Так, в случае выхода из строя одной или обеих из представленных на рис. 4.14 связей от моста 1 к сегментам Альфа и Дельта алгоритм остовного дерева, обнаружив проблему, включит порты 1 и 2 моста 3.

Большинство из доступных на сегодняшний день мостов полностью поддерживают динамическое запоминание адресов и алгоритм остовного дерева. Однако раньше такая возможность рассматривалась как весьма необычная. Первые мосты требовали ручной установки таблицы ретрансляции и имели очень низкую производительность. Запоминание адресов быстро стало общей функцией многих мостов, однако внедрить его было трудно, особенно в крупных сетях. Для исправления ситуации в мае 1990 года был принят стандарт 802.1D. В результате мосты, поддерживающие и запоминание адресов, и алгоритм остовного дерева, быстро стали общепринятыми.

Мосты - это весьма традиционные устройства, имеющие простую архитектуру. Обычно мост состоит из компьютера и двух или более сетевых интерфейсов. Кадры поступают на каждый порт (сетевой интерфейс), как будто это порт обычного узла типа рабочей станции или сервера (рис. 4.15.) Компьютер проверяет каждый пакет, принятый любым из активных портов, управляет таблицей адресов и в случае необходимости принимает решение о ретрансляции.

Рис. 4.15. Устройство моста

Большинство мостов имеют лишь один центральный процессор, поэтому они могут обрабатывать одновременно только один пакет. Вот почему преобладающее количество мостов имеют не более четырех портов. Мосты с большим числом портов дороги и требуют значительных ресурсов памяти и мощности процессора. Многопроцессорные мосты имеют очень высокую производительность, но их стоимость еще выше.

Коммутатор (switch)

А теперь что же такое коммутатор? Попросту говоря, коммутатор - это мост. Правда, в отличие от моста, имеющего центральный процессор, который может обрабатывать лишь один кадр, коммутатор имеет специализированное оборудование, позволяющее ему управлять одновременно многими портами. Коммутаторы обладают всеми преимуществами мостов, но лишены всех их недостатков, отличаются значительно более высокой производительностью, позволяя создавать сети небывалого ранее качества.

Первый коммутатор Ethernet, созданный фирмой Kalpana (сейчас отделение Cisco Systems), был обычным мостом. Он не поддерживал алгоритма остовного дерева, не был управляемым, имел достаточно высокую стоимость. Но коммутатор Kalpana обладал одной ценнейшей особенностью: он был очень быстрым по сравнению с мостом.

Коммутатор Kalpana приобрел подлинный успех, предоставив возможность сегментировать перегруженные сети Ethernet без потери производительности. Даже лучшие мосты работали медленнее по сравнению с присоединенными к ним сетями.

Двумя наиболее распространенными показателями производительности мостов являются максимальная скорость ретрансляции и совокупная скорость ретрансляции. Максимальная скорость ретрансляции соответствует максимальному количеству пакетов, которые могут быть ретранслированы из одного порта в другой в течение секунды. В случае мостов более чем с двумя портами она обычно измеряется при условии, что остальные порты свободны. У большинства мостов Ethernet скорость ретрансляции меньше, чем максимальная скорость передачи кадров в самой сети. Это означает, что мосты, обеспечивая связь, становятся узким бутылочным горлышком, снижающим темп передачи данных между узлами различных сегментов. Некоторые высокоскоростные мосты имеют скорость ретрансляции, сравнимую с максимальной скоростью передачи кадров по сети Ethernet.

Совокупная скорость ретрансляции моста - это максимальное количество кадров, которые могут быть ретранслированы через все его порты. Например, четырехпортовый мост Ethernet может иметь максимальную, скорость ретрансляции 14800 кадров в секунду, а совокупную - всего лишь 18000 кадров в секунду. Это означает, что он может поддерживать максимальную скорость не на всех своих портах одновременно, а лишь на двух из них. Совокупная скорость ретрансляции мостов, подобных этому, меньше, чем сумма скоростей передачи кадров в сегментах, с которыми они соединены,

Самая большая проблема, с которой приходится сталкиваться при создании сети с мостами, заключается в распределении мостов и устройств по различным сегментам с целью соблюдения правила 80/20. Спроектировать сеть, у которой мосты не являются бутылочными горлышками, задача очень непростая, а часто и невозможная.

Помогают решить эту проблему коммутаторы, у которых совокупная скорость ретрансляции гораздо выше, чем у мостов. Коммутатор, подобно мосту, соединяет несколько сегментов, однако по сравнению с последним имеет намного большую производительность. Высокая совокупная скорость ретрансляции первых коммутаторов позволяла им ретранслировать кадры на все порты настолько быстро, насколько быстро сегменты могли отправлять их. Поскольку коммутаторы имели большее количество портов, нежели мосты, то они могли сегментировать сеть на меньшие части. Применение коммутаторов позволило уменьшить количество узлов в каждом сегменте сети Ethernet. Меньшее количество пользователей в сегменте означает, что каждый из них получит более широкую полосу пропускания. Поэтому наличие коммутаторов может дать пользователю на одном сегменте доступ к ресурсам другого сегмента без ощутимой потери производительности. Возможность задействовать большое количество портов и высокая совокупная скорость ретрансляции делают коммутацию почти идеальным решением при сегментации локальной сети Ethernet. Коммутаторы Kalpana после появления на рынке их первых образцов начали быстро наращивать мощность. Устройства новых моделей стали поддерживать больше портов и обладали большей совокупной скоростью ретрансляции. Современные коммутаторы поддерживают алгоритм остовного дерева, и большинство из них управляемы. Почти все современные коммутаторы имеют очень высокую совокупную скорость ретрансляции и обеспечивают максимально возможную скорость ретрансляции на каждом порту.

Хотя коммутаторы работают подобно многопортовым мостам, но на самом деле представляют собой нечто большее, нежели мост с огромным количеством портов. Следует выделить три существенных различия между коммутаторами и мостами:

-         Как правило, коммутаторы снабжены большим количеством портов, чем мосты. Первые коммутаторы обычно имели лишь по 6 или 8 портов. С развитием технологии стали преобладать коммутаторы с 12 и 16 портами, получили распространение и коммутаторы с 24 портами. Современные коммутаторы корпоративного уровня могут поддерживать еще больше портов.

-         Внутренняя архитектура коммутаторов существенно отличается от архитектуры мостов. Коммутатор может обрабатывать много кадров одновременно. Он проверяет кадры, управляет таблицей адресов и принимает решение об одновременной или параллельной ретрансляции для всех своих портов.

          Совокупная скорость ретрансляции моста определяется мощностью центрального процессора. Это означает, что в мосту существует единый путь между портами. Коммутаторы, напротив, имеют много логический путей для потоков данных и могут получать и ретранслировать кадры на одном, некоторых или всех своих портах одновременно.

Как легко представить, коммутаторы обладают большой вычислительной мощностью. Мощные возможности обработки кадров не являются следствием применения производительного процессора или нескольких процессоров. Многие коммутаторы и вовсе не имеют такового. Коммутаторы - это особым образом сконструированные устройства, выполняющие большинство, если не все, функций моста при помощи специальных микросхем ASIC (Application-Specific Integrated Circuit - специализированная интегральная схема). ASIC реализуют очень сложные, быстрые и мощные конструкторские решения при низкой своей стоимости.

Существуют также коммутаторы для Token Ring, 100VG AnyLAN и FDDI, новая технология АТМ содержит только их.   

Подобно мостам коммутаторы относятся к устройствам уровня 2 и оперируют кадрами, поэтому иногда их называют переключателями или коммутаторами кадров (switch - переключать (англ.)). Являясь мостом, коммутатор принимает решение о ретрансляции или фильтрации, основываясь на адресе получателя кадра подобно тому, как это делает старый добрый мост. Мост отличается от коммутатора методом физического сопровождения кадров из одного сегмента в другой. Коммутаторы предоставляют кадрам много путей для движения из порта в порт, в чем и заключается особенность их работы. Логическая схема шестипортового коммутатора приведена на рис. 4.16.

Каждый порт коммутатора, подобно порту сетевого интерфейса или концентратора, имеет принимающую и передающую стороны. Каждая сторона порта логически связана с перекрестной матрицей (crossbar matrix). Принимающая сторона каждого порта соединена с горизонтальной линейкой, а передающая - с вертикальной. Когда принимающая линейка соединяется с передающей, создается путь от принимающей стороны одного порта к передающей стороне другого. Таким способом можно соединить любую пару портов. Например, если соединены пары портов 5 и 3, а также 2 и 4, то два кадра могут быть одновременно получены на портах 2 и 5 и переданы в порты 3 и 4.

Когда порт получает кадр, коммутатор проверяет его адрес получателя и принимает решение о ретрансляции. Если кадр нуждается в ретрансляции, создается связь с нужным портом. Поскольку между портами коммутатора может быть много логических путей, то одновременно можно ретранслировать много кадров.

Рис. 4.16. Логическая схема коммутатора

На рис. 4.16. показано, как ретранслируются от одного порта к другому однопунктовые кадры. Широковещательные, многопунктовые и однопунктовые кадры с неизвестным адресом мосты должны ретранслировать на все порты. Если широковещательный кадр получен, скажем, в порту 2, то он будет ретранслирован в порты 1, 3, 4, 5 и 6. Это легко осуществить при наличии коммутатора (рис. 4.17.).

На рис. 4.16. и 4.17. приведена логическая схема коммутатора в действии. Любой коммутатор можно представить как имеющий перекрестную матрицу, которая соединяет принимающую и передающую стороны каждого порта. Некоторые коммутаторы, к которым относятся и первые устройства Kalpana, действительно содержали физические перекрестные матрицы. Тем не менее многие коммутаторы обладают совершенно иной внутренней архитектурой. Мы не будем обсуждать внутреннюю архитектуру коммутатора, однако понять принципы коммутации нам необходимо. Для ретрансляции кадров из одного сегмента ЛВС в другой коммутатор может использовать следующие способы коммутации:

1 Cut-Through (сквозное вырезание);

2 Interim Cut-Through (предварительное сквозное вырезание);

3 Store-and-Forward (накопление и ретрансляция).

Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки. К счастью, многие современные коммутаторы поддерживают два или даже все три способа коммутации.

Рис. 4.17. Ретрансляция широковещательного кадра

Коммутация Cut-Through

Коммутация Cut-Through используется многими коммутаторами для обеспечения самого низкого времени ожидания ретрансляции. Время ожидания ретрансляции коммутатора (или просто время ожидания) - это интервал между двумя событиями: получением портом первого бита кадра и выходом первого бита из другого порта.

Коммутаторы, использующие метод Cut-Through, имеют исключительно низкое время ожидания ретрансляции, гораздо ниже, чем у обычного моста. Коммутатор начинает ретрансляцию, не дожидаясь получения всего кадра. Другими словами, биты начала кадра действительно передаются выходному порту в то время, когда биты его конца еще поступают на входной порт.

Хотя время ожидания ретрансляции коммутатора Cut-Through очень непродолжительно, оно все же гораздо больше времени задержки распространения начала пакета в концентраторах. Концентратор лишь передает приходящий кадр на все остальные порты, ему нет нужды каким бы то ни было образом проверять кадр.

С другой стороны, прежде чем принять решение о ретрансляции, коммутатору необходимо проверить адрес получателя кадра. Это означает, что он должен буферизовать, или накопить, по крайней мере первые 120 битов кадра, прежде чем принять решение о ретрансляции. Как только станет известен адрес получателя, коммутатор сможет принять решение о ретрансляции или фильтрации (рис. 4.18.). Это также займет некоторое количество времени (даже коммутатор не способен работать мгновенно).

Рис. 4.18. Поля пакета

Преамбула	SFD	Получатель	Отправитель	L/D	Данные	Незначащая информация	FCS	EFD
64	8	48	48	16	368-12,000	0-386	32	-

Некоторые коммутаторы могут принимать решение очень быстро, иногда в течение 10 ВТ (100 наносекунд). Если коммутатор решает ретранслировать кадр, то он должен создать временный путь между принимающим и выдающим кадр портами. Это займет еще от 5 до 10 ВТ. Время ожидания ретрансляции некоторых коммутаторов составляет от 140 до 150 ВТ, или от 1,4 до 1,5 микросекунды.

Если путь для коммутируемого кадра уже создан, коммутатор может начинать передавать предварительно буферизованную первую часть кадра. Это означает, что часть данных кадра еще поступает, а преамбула проходящего кадра уже ретранслируется. Коммутация методом Cut-Through дает очень малое время задержки при ретрансляции кадров из одного сегмента в другой. Несмотря на это, при использовании метода Cut-Through возникают три проблемы:

1 ретранслируются карликовые кадры;

2 ретранслируются ошибочные кадры;

3 легко возникает перегрузка.

Поступивший в порт коммутатора Cut-Through карликовый кадр длиной не менее 120 битов может быть ретранслирован в другие порты. При использовании обычного моста такой проблемы быть не может, поскольку кадры приходят в полном объеме и ретранслируются только безошибочные. Коммутатор Cut-Through пропускает кадры настолько быстро, насколько быстро можно принять решение о ретрансляции. Некоторые карлики могут быть очень короткими и не содержать лаже полного адреса получателя. В таком случае они не будут ретранслированы. Если же карликовый кадр достаточно длинен, чтобы содержать адрес получателя, и данный узел связан с другим портом, ретрансляция будет произведена.

В результате коллизий могут возникнуть широковещательные и многопунктовые карликовые кадры. В отличие от однопунктовых карликов, эти кадры будут ретранслированы во все остальные порты коммутатора. Ретрансляция карликовых кадров в какой-либо или, хуже того, во все порты является растранжириванием времени и полосы пропускания, поскольку все узлы такие кадры отбросят. Если карлик будет ретранслирован из одного сегмента в другой, то узлы принимающего сегмента прервут передачу до истечения времени IPG (время между передачами пакетов) после обнаружения конца кадра. Хуже того, ретранслированный карлик может вызвать коллизию в принимающем сегменте, заставляя передающую(ие) станцию(и) замолчать и повторить попытку. Оба события являются бесполезной тратой полосы пропускания и снижают показатель использования сети.

Коммутаторы Cut-Through ретранслируют также кадры с неверной контрольной суммой и другими ошибками. Это даже хуже, чем ретрансляция карликовых кадров. Ретрансляция действительно неправильных кадров вызывает те же проблемы, что и ретрансляция карликов, но приводит к распространению ошибочных кадров из одного сегмента в другой, что может вызвать много проблем. Если в одном из сегментов возникают неприятности, обусловленные дефектами кабеля, поврежденным концентратором или сетевым интерфейсом, то, ретранслируя ошибочные кадры, коммутатор Cut-Through передает ошибки в другие сегменты.

Коммутатор Cut-Through легко может пострадать от такого явления, как перегрузка. Рассмотрим в качестве примера случай, когда двумя портами одновременно получены два кадра, которые нужно ретранслировать в один и тот же порт. Однако два кадра не могут быть ретранслированы одновременно. Один из них должен быть либо полностью сохранен в коммутаторе для ретрансляции в более позднее время, либо отброшен. В загруженной ЛВС с коммутаторами такое случается часто. Причем одновременно затребовать один и тот же выходной порт, усугубив проблему, могут более чем два кадра.

Перегрузка другого вида возникает в тот момент, когда порт передает информацию, а в него приходит кадр. Опять таки, он должен быть сохранен или отброшен.

Похожая форма перегрузки наблюдается, когда ретранслированный кадр вступает в коллизию в сегменте назначения. Решение о его сохранении или отбрасывании принимается на основании обычных правил CSMA/CD. Во всех случаях коммутатор поставлен перед выбором: сохранить (буферизовать) кадр для отправки в более позднее время или отбросить его. Буферизация предполагает, что коммутатор поместит полный кадр в буфер подобно тому, как это делает обычный мост. Многие из первых коммутаторов Cut-Through сетей Ethernet не имели такой возможности и отбрасывали кадры в случае перегрузки. Другие имели входной или выходной буфер ровно на один кадр. Это было лучше, однако перегрузка все же легко возникала. К сожалению, когда разрабатывались принципы коммутации, сверхбыстрые буферы были очень дорогими. Чтобы не увеличивать стоимость своих изделий, разработчики должны были использовать их в минимальном количестве. С течением времени стало ясно, что в результате отбрасывания кадров при возникновении перегрузки страдает производительность сети, потому что для исправления возникших ошибок приходилось задействовать протоколы. Чтобы побороть этот недостаток, конструкции коммутаторов усложнились, большие буферы стали нормой. Хотя таким образом некоторые проблемы перегрузки были решены, но возник нежелательный побочный эффект: увеличилась стоимость коммутаторов.

К сожалению, коммутация методом Cut-Through сопряжена с возникновением перегрузок, а также ретрансляцией карликовых кадров и различного рода ошибок. В современных коммутаторах Ethernet и Fast Ethernet коммутация методом Cut-Through если и применяется, то обычно сопровождается методом Store-and-Forward.

Коммутация Interium Cut-Through

Коммутация Interim Cut-Through (ICS - от Interim Cut-through Switching) является просто улучшением базового метода коммутации Cut-Through. При использовании метода ICS ретрансляция карликовых кадров подавляется, пропускаются лишь кадры, имеющие длину не менее 512 битов (64 байта). Поскольку длина карликовых кадров не превышает 512 битов, они всегда отфильтровываются.

Для достижения этого коммутатор ICS помещает по крайней мере 512 битов кадра в специальный FIFO-буфер (First In First Out - первым пришел, первым уходишь). Если кадр заканчивается прежде чем его длина достигнет 512 битов, то содержимое буфера (карлик) просто отбрасывается (рис. 4.18.). Такое решение проблемы ретрансляции карликов, возникающей в базовых коммутаторах Cut-Through, весьма элегантно, поэтому почти все современные коммутаторы используют метод ICS, а не базовый метод Cut-Through.

Первый недостаток метода ICS состоит в том, что время ожидания ретрансляции превышает 512 ВТ. В действительности эта проблема не такая уж и серьезная. В начале эпохи коммутаторов малое время ожидания ретрансляции рассматривалось как одна из самых важных характеристик производительности коммутатора Ethernet. Поскольку концентраторы характеризуются очень малой задержкой распространения начала пакета, то был сделан вывод, что переключатели должны иметь очень маленькое время ожидания ретрансляции, иначе пострадает производительность сети.

Рис. 4.18. Входные FIFO-буферы

Этот вывод оказался неверным. Время ретрансляции концентратора или коммутатора оказывает незначительное влияние на общую производительность сети даже в случае приложений мультимедиа, которые обычно требуют небольшого времени ожидания. Даже время ожидания, превышающее 512 ВТ, очень невелико по сравнению со временем ожидания, вызванным задержкой передачи и восстановлением после коллизии.

Хотя коммутатор ICS и не пропускает карликов, но некоторые ошибочные кадры все же проходят. Избежать этого невозможно, так как коммутатор ICS принимает решение о ретрансляции и начинает ретранслировать кадр до того, как получает возможность обнаружить ошибку в кадре.

Коммутация по методу ICS часто называют runt-free cut-through (свободным от карликов сквозным вырезанием) или modified cut-through (модифицированным сквозным вырезанием). Некоторые продавцы называют используемые для этой цели коммутаторы еще более замысловато, поэтому не всегда понятно, что речь идет о коммутаторе, поддерживающем именно метод ICS.

Коммутация Store-and-Forward

Метод коммутации SAF (Store And Forward - накопление и ретрансляция) сильно отличается от обоих рассмотренных. Коммутаторы Store-and-Forward больше похожи на традиционный мост: они ретранслируют кадр в полном объеме, предварительно поместив его в буфер.

Такой подход решает все проблемы рассмотренных ранее методов коммутации, поскольку карлики и ошибочные кадры никогда не ретранслируются. Коммутаторы SAF имеют еще одно большое преимущество: перегрузить их не так легко, как рассмотренные коммутаторы, потому что кадры буферизуются.

Недостаток данного метода по сравнению с рассмотренными состоит в намного большем времени ретрансляции, которое обычно пропорционально размеру кадра, однако иногда может значительно превышать время передачи кадра максимально допустимого размера, равное 12144 ВТ. Перед ретрансляцией кадр должен быть помещен в буфер, что требует времени. Более старые коммутаторы SAF отличаются значительным временем ожидания ретрансляции, одинаковым для всех пакетов. В большинстве же современных коммутаторов время принятия решения на ретрансляцию или фильтрацию не зависит от размера кадра. Как отмечайтесь ранее, фактор времени ожидания ретрансляции в коммутаторе обычно не ограничивает производительности сети.

По сравнению с коммутаторами ICT коммутаторы SAF обычно имеют больший объем буферного пространства для помещения кадров. Причем чем объемнее буфер, тем лучше коммутатор справляется с перегрузкой. Обратная сторона медали: большее буферное пространство стоит больших денег.

При проектировании коммутаторов разработчик должен выбрать место размещения буферной памяти. Вообще то буферная память либо располагается во входных или выходных портах, либо является общей для всех портов.