Родичев Ю.А. Компьютерные сети - архитектура, технологии, защита

Подождите немного. Документ загружается.

281

чаются с одинаковой частотой. Поэтому во многих схемах коди-

рования коды часто встречающихся символов заменяют кодами

меньшей длины, а редко встречающихся – кодами большей дли-

ны. Такое кодирование называется также статистическим коди-

рованием. Из-за того, что символы имеют различную длину, для

передачи кадра возможна только бит-ориентированная передача.

При статистическом кодировании

коды выбираются таким обра-

зом, чтобы при анализе последовательности бит можно было бы

однозначно определить соответствие определенной порции бит

тому или иному символу или же запрещенной комбинации бит.

Если данная последовательность бит представляет собой запре-

щенную комбинацию, то необходимо к ней добавить еще один

бит и повторить анализ.

Например, если

при неравномерном кодировании для наибо-

лее часто встречающегося символа «Р» выбран код 1, состоящий

из одного бита, то значение 0 однобитного кода будет запрещен-

ным. Иначе мы сможем закодировать только два символа. Для

другого часто встречающегося символа «О» можно использовать

код 01, а код 00 оставить как запрещенный. Тогда для символа

«А» можно выбрать

код 001, для символа «П» – код 0001 и т.п.

Вообще, неравномерное кодирование наиболее эффективно, ко-

гда неравномерность распределения частот передаваемых симво-

лов достаточно велика, как при передаче длинных текстовых

строк. Напротив, при передаче двоичных данных, например ко-

дов программ, оно малоэффективно, так как 8-битовые коды при

этом распределены почти равномерно.

Многие модели

коммуникационного оборудования, такие, как

модемы, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы, поддерживают

протоколы динамической компрессии, позволяющие сократить

объем передаваемой информации в 4, а иногда и в 8 раз. В таких

случаях говорят, что протокол обеспечивает коэффициент сжатия

1:4 или 1:8. Существуют стандартные протоколы компрессии,

например V.42bis, а также большое количество нестандартных,

фирменных протоколов. Реальный коэффициент компрессии за

висит от типа передаваемых данных, так, графические и тексто-

вые данные обычно сжимаются хорошо, а коды программ – хуже.

282

8.5. Структурированные кабельные

системы локальных сетей

8.5.1. Назначение и типы стандартов СКС

Кабельная система является основой любой сети. Чем больше

сеть, тем сложнее кабельная система и тем больше эффектив-

ность работы сети зависит от функционирования кабельной сис-

темы. В связи с этим разработаны специальные стандарты по ка-

бельной системе – структурированная кабельная система (СКС,

SCS – Structured Cabling System). СКС представляет собой набор

коммутационных элементов (кабелей, разъемов, кроссовых

шка-

фов и панелей), а также набор правил (стандартов) их совместно-

го использования без привязки к конкретным сетевым технологи-

ям. В настоящее время детально разработаны стандарты кабель-

ных систем для зданий. Использование структурированной ка-

бельной системы вместо хаотически проложенных кабелей дает

предприятию много преимуществ.

Универсальность. Структурированная кабельная система при

продуманной организации

может стать единой средой для пере-

дачи компьютерных данных в локальной вычислительной сети,

организации локальной телефонной сети, передачи видеоинфор-

мации и даже для передачи сигналов от датчиков пожарной безо-

пасности или охранных систем. Это позволяет автоматизировать

многие процессы контроля, мониторинга и управления хозяйст-

венными службами и системами жизнеобеспечения предприятия.

Увеличение

срока службы. Срок морального старения хо-

рошо структурированной кабельной системы может составлять

10 – 15 лет.

Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и

изменения их мест размещения. Известно, что стоимость кабель-

ной системы значительна и определяется в основном не стоимо-

стью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке. Поэтому вы-

годнее провести однократную работу

по прокладке кабеля, воз-

можно, с большим запасом по длине, чем несколько раз выпол-

нять прокладку, наращивая длину кабеля. При таком подходе все

283

работы по добавлению или перемещению пользователя сводятся

к подключению компьютера к уже имеющейся розетке.

Возможность легкого расширения сети. Структурированная

кабельная система является модульной, поэтому ее легко расши-

рять. Например, к магистрали можно добавить новую подсеть, не

оказывая никакого влияния на существующие подсети. Можно

заменить в отдельной подсети тип кабеля независимо от

осталь-

ной части сети. Структурированная кабельная система является

основой для деления сети на легко управляемые логические сег-

менты, так как она сама уже разделена на физические сегменты.

Более эффективное обслуживание. Структурированная ка-

бельная система облегчает обслуживание и поиск неисправно-

стей по сравнению с шинной кабельной системой. При шинной

организации кабельной

системы отказ одного из устройств или

соединительных элементов приводит к трудно локализуемому

отказу всей сети. В структурированных кабельных системах от-

каз одного сегмента не действует на другие, так как объединение

сегментов осуществляется с помощью концентраторов. Концен-

траторы диагностируют и локализуют неисправный участок.

Надежность. Структурированная кабельная система имеет

повышенную надежность, поскольку производитель

такой систе-

мы гарантирует не только качество ее отдельных компонентов,

но и их совместимость.

К структурированным кабельным системам относятся три ос-

новных стандарта, действующих в настоящее время:

EIA/TIA-568-А (американский);

ISO/IEC IS 11801 (международный);

EN 50173 (европейский).

Вышеперечисленные стандарты описывают почти одинаковые

кабельные системы и по многим позициям предъявляют к кабе-

лям идентичные требования

, но несколько различаются в терми-

нологии и определениях норм для родственных параметров.

Спецификации данных стандартов ориентированы на офисное

применение. В случае монтажа СКС в промышленных помеще-

ниях должна быть учтена их специфика. Целью данных специфи-

каций является:

284

– Определить общую кабельную систему для передачи голоса

и данных, поддерживающую подключение аппаратуры различ-

ных производителей.

– Определить направления в разработке телекоммуникацион-

ного оборудования и кабельной продукции.

– Обеспечить планирование и установку СКС, удовлетворяю-

щей различным требованиям персонала.

– Установить критерии пропускной способности и техниче-

ские характеристики различных типов кабелей и соединительной

аппаратуры

Выполнение требований к СКС должно обеспечивать срок

жизни (с учетом морального старения) системы более 10 лет. В

стандартах приводятся спецификации по следующим областям:

среда передачи данных, топология, допустимая длина кабелей,

интерфейс подключения пользователей, кабели и соединительная

аппаратура, пропускная способность, практика установки.

8.5.2. Стандарт ISO/IEC IS 11801

Стандарт на универсальную кабельную систему для помеще-

ний заказчика ISO/IEC IS 11801 был принят в 1995 году. Ниже

приводится краткое изложение положений этого стандарта.

Статья 1 определяет применимость стандарта: он предна-

значен для кабельной сети проводов витая пара и оптических во-

локон, охватывающей одно или несколько зданий. Географиче-

ская протяженность до 3 км, площадь помещений до 1 000 000 м

количество обслуживаемого персонала – от 50 до 50 000 человек.

Структура системы оптимизирована под эти параметры, но стан-

дарт применим и при выходе за эти границы. Кабельная система

поддерживает широкий спектр сервисов, включая голосовую

связь (телефонию), передачу данных, текста, изображений и ви-

део. Стандарт задает:

– Структуру и минимальную конфигурацию для прокладки

универсальной кабельной сети

– Требования к реализации.

– Требования к производительности отдельных кабельных

линий.

– Требования соответствия и процедуры верификации.

285

Стандарт не распространяется на кабели и шнуры, используе-

мые для подключения к универсальной кабельной сети оборудо-

вания, специфичного для конкретного приложения. Однако в

расчетах приводятся ограничения на их длины и требования к

пропускной способности.

Статья 2 содержит ссылки на нормативные документы, от-

носящиеся к применяемым компонентам, процедурам тестирова-

ния, электромагнитной совместимости и

т.п.

Статья 3 дает толкование используемых терминов и сокра-

щений.

Статья 4 определяет критерии соответствия кабельной про-

водки данному стандарту.

Статья 5 описывает структуру универсальной кабельной

системы, которая строится независимо от используемых комму-

никационных (сетевых) приложений. СКС строится иерархиче-

ски, как представлено на рис. 8.12.

Магистраль кампуса

Магистраль здания

(Вертикальные

подсистемы)

Магистрали этажей

(Горизонтальные

подсистемы)

Места

пользователей

(

)

BD BD BD

FDFD FD FD FDFD

Рис. 8.12. Иерархическая структура СКС

Структура СКС состоит из следующих частей: магистраль

кампуса (между зданиями), вертикальные подсистемы (внутри

здания между этажами), горизонтальные подсистемы (на этажах

здания).

286

Согласно концепции СКС по всей площади здания, на которой

потенциально могут располагаться рабочие места, устанавливают-

ся абонентские телекоммуникационные розетки ТО

(Telecommunication Outlet). От каждой абонентской розетки про-

кладываются кабели к распределительным панелям, расположен-

ным в телекоммуникационных помещениях TC (Telecommunication

Closet). Телекоммуникационные помещения обычно располагают-

ся на каждом этаже здания.

Распределительные шкафы, в которых собираются кабели

от

абонентских розеток, называются этажными распределителями

FD (Floor Distributor). Кабели от рабочих мест называют гори-

зонтальными, хотя фактически они могут иметь и вертикальные

участки (в некоторых случаях даже и межэтажные переходы, ес-

ли распределители устанавливаются не на всех этажах). Этажные

распределители связываются магистральными линиями с домо-

вым распределителем BD (Building Distributor), эти линии назы-

вают вертикальными

. Если сеть связывает несколько близко рас-

положенных зданий (кампус), то домовые распределители связы-

ваются с распределителем комплекса зданий (кампусным распре-

делителем) CD (Campus Distributor) магистралью комплекса зда-

ний (кампусной магистралью). К розеткам до аппаратуры пользо-

вателей (компьютеров, принтеров и т.п.) подключаются абонент-

ские кабели (шнуры) рабочей зоны. Они не являются постоянны-

ми,

а специфичны для конкретных приложений и стандартом не

охватываются.

Структура связей между элементами является иерархической

звездообразной. В зависимости от масштабов сети она может ог-

раничиваться и одним-двумя нижними уровнями. В большом

здании возможно размещение и всех трех уровней иерархии. Ка-

бели прокладываются между соседними уровнями иерархии рас-

пределителей, возможна прокладка

кабелей и между распредели-

телями одного уровня. Эти дополнительные линии могут исполь-

зоваться некоторыми приложениями для резервирования и/или

повышения пропускной способности магистрали.

Распределители размещаются в аппаратных комнатах или те-

лекоммуникационных помещениях. Кабели прокладываются в

коробах, лотках, трубах и т.п. Рекомендованные типы кабеля –

витая пара и оптоволокно. В горизонтальных

подсистемах, как

287

правило, используется витая пара. Для магистрали здания может

использоваться как витая пара (средняя скорость передачи), так и

оптоволокно (высокая скорость передачи). Для кампусной маги-

страли рекомендуется оптоволокно, а витая пара – только для те-

лефонии (если не требуется обязательно оптоволокно по услови-

ям эксплуатации).

При построении СКС телекоммуникационные розетки уста-

навливаются по

всей площади, на которой могут быть располо-

жены рабочие места, даже если в данный момент этого не требу-

ется. Таким образом, СКС строится избыточной. Это может сэко-

номить средства в будущем, так как изменения в подключении

новых устройств можно производить за счет перекоммутации, а

стоимость последующего расширения кабельной системы может

превзойти стоимость избыточности.

Телекоммуникационные помещения ТС служат для размеще-

ния распределительных шкафов и активного сетевого оборудова-

ния. Кроме того, в них обеспечиваются непрерывная подача

электропитания необходимой мощности, а также требуемые кли-

матические условия (температура, влажность, защищенность от

пыли). Аппаратные комнаты могут не содержать распредели-

тельных панелей, в них устанавливают крупное оборудование

–

например, телефонные станции, серверы и т.п. В них могут уста-

навливаться и распределители одного и более уровней (например,

CD/BD/FD).

Ввод в здание представляет собой место окончания наружных

кабелей кампусной магистрали и кабелей связи с внешними се-

тями (например, телефонной). Здесь кабели наружного исполне-

ния переходят в более компактные внутренние распределитель

ные кабели, отвечающие пожарным нормам прокладки внутри

помещения. По противопожарным нормам длина наружных кабе-

лей внутри помещения до точки окончания не должна превышать

15 м. При разработке кабельной системы должны учитываться

стандарты на допустимый уровень электромагнитного излучения

и чувствительности к помехам. Кабельная сеть здания является

пассивной и не тестируется на электромагнитную

совместимость

отдельно от приложений. Требования к электромагнитной со-

вместимости устанавливаются отдельными стандартами. Зазем-

ление и соединение защитных экранирующих оболочек должны

288

выполняться в соответствии с требованиями НD384.5.54 и инст-

рукциями производителей активного оборудования.

Статья 6 описывает реализацию кабельной системы. Приме-

няемые кабели и соединительная аппаратура должны соответст-

вовать ст. 8 и 9. Для электрических линий применяют симмет-

ричные кабели и соединительную аппаратуру. Горизонтальные

кабели по механической длине от розетки до распределительной

панели не должны превышать

90 м для любой среды (даже для

оптики). Длина коммутационного шнура или провода не должна

превышать 5 м. Остающиеся до 100 м «механические» 5 м рас-

пределяются между длинами абонентских и сетевых шнуров.

Магистральные кабели не могут иметь более двух иерархиче-

ских уровней кроссировки. Это требование ограничивает дегра-

дацию сигналов на соединителях и упрощает

администрирова-

ние. Возможны варианты и с одноуровневой иерархией, если сеть

охватывает лишь одно здание или этажные распределители непо-

средственно связаны с кампусным распределителем. В качестве

магистральных кабелей используется витая пара, одномодовое

или многомодовое оптоволокно.

Максимальное расстояние от этажного распределителя до

распределителя здания не должно превышать 500 м, а суммарное

расстояние от этажного

до кампусного распределителя не должно

превышать 2 км. Эти ограничения подразумевают применение

оптоволоконного кабеля, а медный кабель такой длины может

применяться только для телефонных линий.

Статья 7 определяет требования к пропускной способности

линий.

Статья 8 определяет требования к используемым кабелям в

плане конструктивных характеристик и пропускной способности.

Конструктивные требования для симметричных электрических

кабелей задают диаметр проводника, максимальный внешний

диаметр кабеля, диапазон температур при эксплуатации, мини-

мальный радиус изгиба при протягивании. При применении 4-

парного кабеля UTP для горизонтальных магистралей радиус из-

гиба должен составлять 4 диаметра оболочки (около 2,5 см.). Ста-

тья определяет также электрические требования к кабелям. Для

оптоволоконных кабелей задается номинальный диаметр, макси-

мальное погонное

затухание, минимальная полоса пропускания.

289

Статья 9 посвящена соединительной аппаратуре – средст-

вам соединения двух кабелей или кабельных элементов. Соеди-

нительная аппаратура устанавливается в распределителях (кам-

пусном, домовом, этажном). Аппаратура должна предоставлять:

– Средства соединения кабелей с кроссировочными шнурами

и шнурами абонентской и коммуникационной аппаратуры.

– Средства идентификации кабелей для инсталляции и адми-

нистрирования.

– Средства организации (укладки и закрепления) кабелей.

– Защиту от физических повреждений.

– Средства соединения экранов и заземления (если использу-

ются).

Соединительная аппаратура должна работать

в диапазоне

температур -10... +60°С. От прямого воздействия влаги и других

коррозионных воздействий ее защищают установкой внутри по-

мещений или в подходящие защитные кожухи (коробки, шкафы).

Соединители монтируются на стенах, в стенах, в стойках и т.п.

Соединительная аппаратура должна как можно меньше ухуд-

шать условия передачи сигналов и эффективность экранирова-

ния

. При установке соединительной аппаратуры должно быть

обеспечено удобство монтажа и администрирования. Кабели

нужно защищать от резких изгибов, растяжений, передавливания.

При монтаже необходимо предусмотреть место для установки

коммуникационного оборудования, в этом случае удобен монтаж

в стойках и шкафах. Маркировка обязательна, она может быть

цветовой и/или алфавитно-цифровой. Если используются похо-

жие по виду кабели с разными свойствами, маркировка должна

обеспечивать их безошибочную идентификацию.

Каждый горизонтальный кабель должен оканчиваться теле-

коммуникационной розеткой. Соединительная аппаратура для

оптоволокна должна иметь корректную маркировку по типам во-

локна и идентификационную маркировку, необходимую для ад-

министрирования.

Статья 10 дает общие указания по экранированию и заземле-

нию, если

применяемые кабели имеют общий экран или экрани-

рованные элементы. Непрерывность экрана должна обеспечи-

ваться по всей длине канала, включая абонентские, коммутаци-

онные и шнуры подключения коммуникационного оборудования.

290

Соединительная аппаратура не должна ухудшать эффективность

экранирования.

Все экраны должны соединяться в телекоммуникационном

помещении. Обычно для этого используются металлические кар-

касы шкафов и стоек. Все металлические части должны соеди-

няться с проводом заземления. Этот провод рекомендуется со-

единять с заземлителем, используемым для силового электропи-

тания здания.

Статья 11 дает краткие указания

по администрированию ка-

бельной системы. Все элементы должны быть промаркированы и

зарегистрированы, все изменения должны отражаться в докумен-

тации. Рекомендуется электронная форма ведения администра-

тивных документов.

Все элементы кабельной системы, а также трассы прокладки

кабелей должны быть идентифицируемы. Каждый кабель, рас-

пределитель и телекоммуникационная розетка должны иметь

собственный идентификатор. Каждый кабель

должен быть про-

маркирован с обоих концов.

Документация на кабельную систему должна содержать схе-

мы расположения кабельных трасс, розеток и распределителей с

обозначенными идентификаторами. В документации должны

храниться и ссылки на результаты тестирования линий. Докумен-

тация должна соответствовать состоянию кабельной системы на

текущий момент.

Стандарт ISO/IEC IS 11801 содержит кроме статей еще 9 при-

ложений (A – J).

Приложения A и В содержат сведения о методике измерения

параметров линии. Эти методики реализованы в современных ка-

бельных тестерах.

Приложение C определяет свойства многожильного (гибко-

го) симметричного кабеля, применяемого для коммутационных,

абонентских и шнуров оборудования.

Приложение D кратко описывает основные топологии сетей

(шина, кольцо, звезда, дерево, сетка). В нем приводятся примеры

приложений кабельной системы с разным типом топологий.

Приложение Е уточняет терминологию по отношению к эк-

ранированию. Здесь подчеркивается, что название STP относится

к кабелям, у которых каждый элемент (пара или четверка прово-