15 Сетевые технологии

СетиEthernet набазекоаксиальногокабеляинеэкранированнойвитойпары

В сетях Ethernet используется тонкий коаксиальный кабель (RG-58) с волновым сопротивлением 50 Ом в противоположность кабелю с волновым сопротивлением 75 Ом, используемому в аналоговых системах (RG-59). Так как эти две разновидности кабеля почти одинаковы по размеру и используют сходные разъемы BNC, то необходимо соблюдать осторожность, чтобы их не перепутать. При использовании коаксиальных кабелей Ethernet концевая заделка правильными типами разъемов является настолько же важной, если не более важной, как и заделка кабеля в аналоговых видеосистемах. Если сеть конфигурирована по шинной топологии с использованием коаксиального кабеля, то оба конца такой шины должны иметь терминаторы на 50 Ом. Построение сети на основе коаксиального кабеля подразумевает несимметричную передачу, как это имеет место при передаче видеосигналов в аналоговых системах видеонаблюдения, в то время как неэкранированная витая пара (UTP) обеспечивает симметричную передачу. При построении сетей с коаксиальным кабелем обеспечивается передача на большие расстояния без использования повторителей, однако, симметричные линии обладают другими важными преимуществами в отличие от несимметричных, главным образом, за счет устранения внешних электромагнитных помех посредством применения тех же принципов, что и при передаче видеосигнала по витой паре.

Понятие «симметричный» характеризует физическую конфигурацию и диэлектрические свойства витой пары проводников. Если два изолированных провода физически идентичны друг другу по диаметру, концентричности (жила

и оболочка) и диэлектрическим свойствам Рис. 11.8. Локальная сеть Ethernet на коаксиальном кабеле

изолирующей оболочки, а также равномерно скручены на определенной длине, то пара является электрически симметричной (сбалансированной) по

отношению к окружающей ее среде. Степень симметричности зависит от конструктивной схемы и чистоты технологических процессов при производстве. Для обеспечения симметричной передачи сигнала напряжения, прикладываемые к каждому проводу пары, должны быть равны по абсолютному значению и отличаться полярностью. Электромагнитное поле, создаваемое одним проводником, подавляет электромагнитное поле второго проводника и наоборот, что приводит к очень малому уровню излучения линии передачи на базе симметричной витой пары.

В отношении внешних помех, мы считаем, что они наводятся одинаково на обоих проводах. Поэтому разность напряжений, наведенных внешними помехами, будет равна нулю. Так как полезным является дифференциальный (разностный) сигнал, то синфазная помеха никак не повлияет на симметричную передачу. Степень симметричности оценивается соотношением напряжения дифференциального (разностного) сигнала к напряжению синфазного сигнала, выраженным в децибелах (дБ). Использование высококачественных сетевых интерфейсных устройств, кабелей, а также качественных концевых кабельных разъемов всегда облегчает подготовку кабельных систем категории 5 и 6 и обеспечивает хорошее качество построения сети. Именно поэтому большинство локальных сетей в настоящее время строится на основе категорированных кабельных систем.

Термин «категория», используемый при классификации кабелей с неэкранированной витой па-

рой (UTP). Различия при определении категории кабелей основываются, главным образом, на полосе пропускания, типе медной проволоки, размере и электрических характеристиках. В настоящее время наиболее популярными категориями кабельных систем являются 3, 4, 5, 5е и 6, каждая из которых определена рекомендациями Ассоциации электронной промышленности (EIA) и Ассоциации телекоммуникационной промышленности (TIA) США.

EIA/TIA определяют следующие пять категорий кабеля витой пары:

ОКатегория 1 — традиционный телефонный кабель

ОКатегория 2 — кабель, сертифицированный для передачи данных со скоростью до 4 Мбит/с

ОКатегория 3 — симметричный кабель с волновым сопротивлением 100 Ом и рабочим диапазоном частот до 16 МГц. Данный кабель используется в сетях стандарта 10BaseT и 100BaseT4. Кабель категории 3 наиболее часто встречается в имеющихся схемах учрежденческой кабельной разводки и обычно является четырехпарным.

ОКатегория 4 — симметричный кабель с волновым сопротивлением 100 Ом и рабочим диапазоном частот до 20 МГц. Данный кабель используется в сетях стандарта 10BaseT и 100BaseT4. Состоит обычно из четырех пар проводов. Эта марка неэкранированной витой пары не является распространенной.

ОКатегория 5 — симметричный кабель с волновым сопротивлением 100 Ом и рабочим диапазоном частот до 100 МГц. Данный кабель используется в сетях стандарта 10BaseT, 100BaseT4 и 100BaseTX.

Кабели категории 5 для сетей 10/100 Ethernet состоят из 8 проводов, 4 из которых используются для передачи сигналов данных. Остальные провода скручены вокруг этих информационных шин в целях обеспечения электрической стабильности и сопротивления электромагнитным помехам. Кабельный разъем известен под названием RJ-45 и внешне напоминает большой разъем телефонной линии.

Электрические сигналы распространяются по кабелю очень быстро (обычно 65% скорости света), однако, в отношении цифровых сигналов, как и в случае с аналоговыми, применяются те же законы электричества — по мере распространения сигналы

ослабляются и находятся под влиянием внешних электро-

магнитных помех. Воздействие перепадов напряжения в сочетании с индуктивностью проводов и их емкостного сопротивле- Рис. 11.9. Разъем RJ-45 ния для высокочастотных сигналов (высокая скорость передачи битов) и

внешние электромагнитные помехи накладывают физические ограничения на дистанцию, на которую определенный кабель может передавать данные, до того как они дойдут до повторителя (коммутатора или маршрутизатора). Сетевой кабель должен быть достаточно коротким для того, чтобы устройства на его противоположных концах могли четко получать сигналы друг от друга с минимальной задержкой. Это накладывает ограничение на максимальное расстояние между двумя устройствами. Называется это сетевым диаметром сети Ethernet.

Ограничения накладываются и на другую передающую среду сетей Ethernet, включая беспроводную связь и оптоволоконные линии, хотя здесь минимальные расстояния отличаются от тех, которые применимы к медной проводке.

В наиболее распространенном сетевом кабеле категории 5 используются провода стандарта AWG24 с волновым сопротивлением 100 Ом, имеющие диаметр порядка 0.2 мм. Напоминаем читателям, что AWG (Американский сортамент проводов) является системой стандартизации толщины проводов. Калибр изменяется обратно пропорционально диаметру провода, который определяет величину электрического сопротивления (чем меньше номер AWG, тем больше диаметр проводника и ниже его сопротивление).

Кабель на витой паре выпускается в двух основных модификациях: одножильной и многожильной. Одножильный кабель поддерживает более протяженные трассы и наилучшим образом работает в конфигурациях с фиксированной разводкой, как, например, в офисных зданиях. С другой стороны, многожильный кабель является более гибким и лучше подходит для более

коротких расстояний с подвижной кабельной проводкой, как, например, коммутационный кабель.

Одна из разновидностей кабельных систем категории 5,

категория 5-е, представляет собой еще более производи-

тельный сетевой кабель. Данный стандарт был одобрен в 1999 году и официально называется ANSI/TIA/EIA 568A-5, или просто Категория 5е (буква «е» от английского слова «enhanced» — улучшенный). Кабель категории 5е также имеет волновое сопротивление 100 Ом и отличается полной обратной совместимостью с оборудованием кабельной системы предыдущий версии (категории 5). Улучшенная производи-

тельность кабеля категории 5е гарантирует поддержку кабелем систем, требующих дополнительной ширины полосы пропускания, таких, как сети Gigabit Ethernet или аналогового видеосигнала (если используется для передачи видеосигнала по витой паре).

Кабельные системы категории 5е предоставляют возможность модернизации с постепенным наращиванием, что обеспечивает поддержку функционирования полнодуплексных сетей Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Основную разницу между категорией 5 и 5е можно найти в спецификациях, из которых видно, что требования к производительности были повышены только в незначительной степени.

В то время как компоненты кабельных систем категории 5 могут в какой-то степени функционировать в сетях Gigabit Ethernet (на коротких расстояниях), то в сценариях с высокой скоростью передачи данных они работают плохо. Кабели категории 5е лучше работают с оборудованием, рассчитанным на гигабитные скорости обмена данными. Поэтому с коммутатором на 100 Мбит/с лучше использовать кабель категории 5е вместо кабеля категории 5.

Категория 6 также имеет волновое сопротивление 100 Ом, но требует большей степени точности при изготовлении по сравнению с Категорией 5. Аналогичным обра-

зом, соединители категории 6 нуждаются в более сбалансированном схемном решении. Категория 6 обеспечивает более высокую производительность, чем категория 5е, и имеет более жесткую спецификацию в отношении перекрестных и системных помех.

Все компоненты кабельных систем категории 6 обратно совместимы с предыдущими версиями категорий 5е, 5 и 3.

Качество передачи данных зависит от производительности компонентов канала. Таким образом, для передачи в соответствии со спецификациями категории 6 все соединители, коммутационные шнуры, коммутационные панели, кроссы и кабельная разводка должны удовлетворять требованиям стандартов категории 6.

значенный для сетей с гигабитными скоростями обмена данными. Данная категория пока что находится на стадии разработки.

Предполагается, что категория 7 будет полностью совместимой с предыдущими стандартами. Кабель категории 7 уже не является неэкранированным.

Требования спецификации настолько высоки, что каждая пара должна быть экранирована, кроме этого все четыре пары затем еще раз экранируются, в результате чего кабель категории 7 является самым дорогим из всех категорий. Кроме этого, с категорией 7 больше не используются разъемы RJ-45. Многие будут утверждать, что оптоволоконный кабель является лучшим выбором, если вам необходим высокопроизводительный сетевой кабель, поэтому мы оставляем эту категорию и советуем почитать о ней в более современных справочниках и руководствах, но читателю необходимо знать о том, что ведутся разработки новых категорий кабеля.

Коммутационныйкабельиперекрестныйкабель

Применительно к сети Ethernet имеются два типа схем кабельных соединений: коммутационная и перекрестная.

Коммутационный шнур используется для соединения компьютеров при помощи концентраторов или коммутаторов (иногда его называют кабелем прямого подключения).

Перекрестный кабель (crossover) обычно используется для соединения двух ПК без применения концентратора, или же он может использоваться для каскадного включения двух концентраторов без применения порта каскадирования.

Перекрестным кабелем является сегмент кабеля, перекрещивающийся на штыревых контактах 1 и 2 и 3 и 6, являющихся соответственно контактами передатчика и приемника, позволяющих двум компьютерам обмениваться информацией. Если на кабеле никак не помечено, что это перекрестный кабель, тогда это, скорее всего, не что иное, как стандартный коммутационный кабель.

Если вы точно не знаете, какой у вас тип кабеля, вы можете положить рядом два разъема RJ-45 с одной и той же стороны (как показано на фотографиях) и, если цвета проводков будут располагаться в одинаковом порядке слева направо, то это коммутационный кабель.

бы цвет перекрестного кабеля всегда отличался от цвета большинства используемых коммутационных кабелей — например, желтый перекрестный кабель среди синих коммутационных проводов.

В противоположность одножильному, многожильный кабель состоит из нескольких проводов небольшого калибра в каждой отдельной изолированной кабельной муфте. Многожильный кабель является более гибким, что делает его более пригодным для коммутационных шнуров. Рекомендуемая максимальная длина при использовании коммутационных кабелей равна 10 м. Данная конструкция наилучшим образом подходит для участков, где необходимо изгибание, а также при частых заменах на стенных выводах или коммутационных панелях. Многожильные провода не способны передавать сигналы

данных на такие же большие расстояния, что и одножильный кабель.

Стандарт EIA/TIA 568A ограничивает общую длину многожильных кабелейдо 10 метров. Это не значит, что вы не можете использовать многожильный кабель для более протяженных участков трассы; просто это не рекомендуется. В некоторых инсталляциях многожильный кабель прокладывается на расстояние более 30 метров и работает без проблем, но следует соблюдать осторожность при использовании многожильного кабеля в более масштабных коммуникациях. Одножильный кабель имеет в каждой муфте один провод более крупного калибра. Одножильный кабель обладает лучшими электрическими характеристиками по сравнению с многожильным кабелем, традиционно используется внутри стен и прокладывается через потолок или на любых протяженных участках. Все эти распределенные по категориям сетевые кабели (использующие одножильный провод)

рассчитаны на прокладку на максимальную длину до 100 м, прежде чем необходима будет установка повторителя.

Это не значит, что более дальние расстояния являются невозможными, но это в большой степени зависит от качества кабеля и предполагаемой пропускной способности сети. Например, если кабель категории 6 используется в сети со скоростью передачи до 100 Мбит/с, то возможны и расстояния свыше 100 м, так как категория 6 имеет очень повышенные требования к спецификации и рассчитана на сети с гигабитными скоростями. Узнать, на какое максимальное расстояние можно использовать кабель без повторителя (маршрутизатора/коммутатора), можно только посредством тестирования.

Рис. 11.20. Стандартные преобразователи (для сопряжения сегментов на основе медной витой пары и на основе оптоволоконных кабелей)

дения казино и торговых центров. В таких системах используются преобразователи передающей среды, предназначенные для сопряжения сегментов сети Ethernet на основе медного кабеля и на основе оптоволоконных кабелей. На рынке имеются различные марки и модели; это могут быть как автономные устройства, так и группы конвертеров для монтажа в стойке 19 дюймов.

Здесь важно еще раз подчеркнуть, насколько важным является правильный подбор инструментальных средств для тестирования и диагностики неисправностей оптоволоконных сетей.

Если вы рассматриваете оптоволоконные сети в качестве важной составляющей вашей системы видеонаблюдения, то вложение средств в закупку высококачественного инструментария всегда будет являться разумным решением. Однако, если такие затраты выходят за пределы вашего бюджета, то вы всегда сможете нанять фирму, специализирующуюся на обслуживании оптоволоконных сетей, и они смогут решить большую часть стоящих перед вами за-

Нами было уже дано объяснение и описание некоторых методов концевой заделки оптоволоконного кабеля в том разделе книги, где описывается передающая среда для аналогового видео. Технология заделки оптоволоконного кабеля все более совершенствуется и упрощается, подробную информацию о ней можно найти у изготовителей, поэтому здесь мы не будем вдаваться в детали, а сосредоточим внимание на основах сетей Ethernet и их компонентах.

Концепцииикомпонентысетей

Построение сети Ethernet подчиняется простому набору правил и состоит из компонентов, регулирующих ее основную работу.

В основном в сетях Ethernet для обработки одновременных запросов применяется метод доступа CSMA/CD. Это один из наиболее широко применяемых стандартов локальных вычислительных сетей. Сокращение CSMA/CD обозначает множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов и описывает то, каким образом протокол Ethernet регулирует взаимодействие между узлами. Хотя данный термин может показаться пугающе сложным, если мы разобьем его концепции на составляющие, то увидим, что он описывает правила, очень похожие на те, которыми руководствуются люди, ведя вежливую беседу.

Например, если кто-либо говорит за столом во время обеда, то все остальные будут слушать ее или его, пока он не закончит говорить.

В те моменты, когда кто-либо другой решает продолжить разговор, все остальные опять ждут, когда закончит говорить этот второй человек. Если после паузы двое или более людей начинают говорить одновременно, то возникает «столкновение» или конфликт. В сетевой организации это эквивалентно конфликту данных между двумя компьютерами. Протокол CSMA/CD требует, чтобы в таких случаях оба компьютера на время «замолчали» и начали разговаривать снова через произвольно заданный промежуток времени. Тот, чей произвольный промежуток времени ожидания будет короче, станет первым «говорящим» из двух, а остальные будут ждать, пока он не закончит говорить. Режим произвольного вклю-

чения предоставляет всем участникам (компьютерным станциям) равные возможности участия в разговоре (обмене данными) за обеденным столом (в сети Ethernet).

Для лучшего понимания этих правил и сетевых составляющих важно понимать основную терминологию, поэтому здесь мы ознакомимся с основными понятиями.

Данная книга предназначена для индустрии видеонаблюдения, поэтому, как таковые, основы Ethernet даются здесь в довольно сжатом виде. Те читатели, которых интересует более подробная информация, могут обратиться к книгам, более пространно излагающим тему организации сетей, таким, как «Справочник по техноло-

гияммежсетевогообмена» (Internetworking Technologies Handbook), опубликованныйкомпаниейCisco Systems.

ОСеть — Сеть представляет собой группу компьютеров, соединенных таким образом, что между компьютерами возможен обмен информацией.

ОЛокальная вычислительная сеть (LAN) — ЛВС — это сеть из компьютеров, физически находящихся в одном и том же месте, обычно в пределах одного здания или комплекса зданий. Если же компьютеры находятся на большом расстоянии друг от друга (в разных точках города или в разных городах), то, как правило, используется глобальная сеть (WAN).

ОУровни модели взаимодействия открытых систем OSI — Эталонная модель взаимодействия открытых систем была введена Международной организацией по стандартизации (ISO) и определяет семь уровней сетевой организации.

ОУзел — Узлом является любое устройство, подключенное к сети. Хотя чаще всего таким устройством является компьютер, но это может быть также и принтер или цифровой видеорегистратор.

ОСегмент — Сегментом является любая часть сети, отделенная от других частей коммутатором, мостом или маршрутизатором.