Структурированные кабельные сети

Основа любой компьютерной сети - среда для передачи данных, в подавляющем большинстве случаев это электрический кабель того или иного рода. В предыдущей главе мы показали, что именно структура кабельной сети является причиной многих бед традиционного подхода. Вполне естественно уделить этому элементу больше внимания и выяснить, какие же существуют альтернативы традиционной кабельной схеме.

Оказывается, за ответом не надо далеко ходить. Хотя для большинства читателей будет, видимо, открытием узнать, что существует целая технология, даже наука, по разводке кабеля внутри зданий, однако это действительно так. Крупные телефонные компании (такие как AT&T) предлагают продукт, который так и называется - Структурированная Кабельная Сеть. В это понятие помимо собственно конструктивных элементов входит также инженерная проработка проекта, включая настройку архитектуры сети на особенности здания и организации, которая будет ее использовать.

Технология структурированной сети - это квинтэссенция того опыта, который телефонные компании мира накопили за свою почти вековую историю. Один из важнейших уроков, который они усвоили, состоит в том, что в сегодняшних проектах необходимо серьезно учитывать будущие потребности. Стремительный технический прогресс способен за один - два года превратить сверхсовременный прибор в музейный экспонат. Однако для тщательно спроектированной и построенной структурированной сети гарантируется, что в течении 15 (!) лет даже возникновение новых технологий не потребует серьезных (читай: дорогостоящих) изменений в кабельной системе.

Для западных компаний очень важным оказался именно фактор долгожительства структурированных сетей. Дело в том, что изменение масштабов "времени жизни" с 1-2-х лет у обычной кабельной сети до 15 лет у структурированной означает и изменение статьи расходов. 1-2 года - это текущие расходы, а 10-15 лет - уже капитальные вложения, сродни постройке нового здания или капитальному ремонту. Отношение к такого рода расходам также различное. Затраты, допустимые в качестве капитальных вложений, не будут даже обсуждаться как возможные текущие расходы.

Неудивительно поэтому, что за последние 5 лет почти половина организаций перешла от традиционной схемы к структурированной сети. Для вновь строящихся или капитально ремонтируемых зданий структурированная кабельная сеть является практически единодушным выбором.

После столь многообещающего начала, видимо, появляется интерес к тому, как же и из чего строятся эти чудо-сети. На удивление, основу структурированной сети составляют в общем-то обычные компоненты - кабели из так называемых "витых пар", коммутационные панели ("кроссы") и розетки для подключения внешних устройств. Существуют и другие компоненты, некоторые мы укажем ниже, но эти - базовые, и их оказывается достаточно для большинства случаев.

В структурированной сети используют несколько витых пар, объединенных в один (неэкранированный) кабель, какой давно применяется телефонными компаниями. Витая пара обеспечивает неплохую помехозащищенность (значительно выше, чем у простого двухжильного провода) и небольшие потери. (Я не могу предложить рационального объяснения, почему в отечественной телефонной сети витая пара не используется. Технических сложностей в ее производстве нет, да и не такие уж у нас плохие кабельные заводы (технические и другие трудности появляются, когда надо изготовить витую пару высокого качества, это правда). При наших же кабелях остается только удивляться, что телефон иногда работает, - ведь они представляют из себя настоящую антенну (как приемную так, кстати, и передающую).)

Качество витой пары оценивается числом витков на единицу длины и тем, насколько равномерна навивка. По этому параметру кабели делятся "телефонные" (Voice Grade) и "цифровые" (Data Grade). (Level 3 и Level 5 - классификация AT&T, у других производителей названия могут быть иными, хотя обычно они все похожи.) Названия условные, сложились исторически. Наиболее употребительны так называемые кабели Level 3 (Voice Grade) и Level 5 (Date Grade). Level 3 сертифицирован для использования в сетях со скоростями передачи до 16 Мбит/с, а Level 5 - до 100 Мбит/с. Внешне они отличаются мало, разница лишь в точности изготовления (и в том, как эта точность сохраняется в процессе эксплуатации, 15 лет как-никак).

Как кабели являются основой сети, средой передачи данных, так коммутационные панели являются тем элементом, который обеспечивает этой сети гибкость и простоту конфигурирования. Коммутационные панели тоже много лет используются в телефонных сетях. За долгие годы их конструкция претерпела много изменений и сейчас это элегантное устройство, совмещающее простоту и надежность конструкции с удивительной легкостью установки и использования.

Розетке во всей этой структуре отводится роль точки подключения сетевых устройств. Опять-таки используются обычные (американские) телефонные розетки. Правда, если необходима скорость передачи 100 Мбит/с, то нужны розетки особой конструкции с малой внутренней индуктивностью, они также чуть дороже обычных.

Как все это используется для построения структурированной кабельной сети? Топологически она представляет из себя дерево (см. рис. 2). (Строго говоря, не всегда. В некоторых случаях, особенно для промышленных предприятий, на верхнем уровне иерархии могут использоваться связи, дающие избыточность системе, которые будут образовывать замкнутые петли. Бывают и другие исключения, но они - тема для значительно более серьезного обсуждения.)

Рис. 2. Топология структурированной кабельной сети

"Листьями" в данном случае являются розетки на рабочих местах пользователей, узлами - коммутационные панели. Между собой все они соединяются, как нетрудно догадаться, кабелем. Отличие лишь в том, что от розетки к коммутационной панели ведет один кабель; между собой, однако, панели соединяются несколькими кабелями. В реальной жизни ситуация может осложниться присутствием в узлах еще и активного сетевого оборудования (сама по себе кабельная сеть - пассивный элемент), у которого есть свои входы и выходы, и которые тоже надо коммутировать. Поэтому коммутационные панели обычно позволяют сделать несколько коммутаций в одном узле.

Вы уже, наверное, обратили внимание, что на рисунках у коммутационных панелей изображено больше входных линий, чем выходных. Дело в том, что при построении сети устанавливается больше розеток, чем необходимое число подключений. Розетка устанавливается не только на каждом рабочем месте, независимо от того, нужна она сегодня его владельцу или нет, но даже и там, где сегодня рабочего места нет, однако возможно его появление в будущем. Вспомните - строим на 15 лет! Впоследствии переезд или подключение нового пользователя потребует лишь изменения коммутации на одной или нескольких панелях.

Хотя в этом обзоре мы планировали касаться в основном лишь технических вопросов, в этом месте надо, видимо, сделать исключение и обсудить экономическую сторону вопроса тоже. При сравнении стоимости традиционной схемы и структурированной сети надо учесть несколько факторов.

Во-первых, чудес действительно не бывает и кабеля в структурированной сети приходится прокладывать больше, чем в традиционном случае, но витая пара значительно дешевле коаксиального кабеля (Level 3 - более чем в 3 раза).

Во-вторых, расстояние от розетки до первой коммутационной панели обычно невелико, а при большой избыточности розеток именно этот отрезок существенно определяет стоимость, так как к следующей панели пойдет значительно меньше проводов.

В-третьих, сегодня даже при построении традиционной сети коаксиальный кабель стараются прокладывать по периметру в каждой комнате, что как раз и дает готовность к новым подключениям и переездам на год-два. Однако кабеля при этом расходуется немало. Что также очень важно, при такой прокладке коаксиального кабеля резко сокращается его эффективная длина за счет "петляния". Как известно, это потребует подключения дополнительных активных элементов - репитеров или бриджей - немедленно повышая стоимость системы. Иной же способ, когда коаксиальный кабель идет прямо, а подключение к нему станции осуществляется с помощью специальных трансиверных кабелей (это характерно для "толстого" Ethernet) немедленно взвинчивает цену за счет дорогостоящего трансиверного кабеля и самих трансиверов.

Структурированная система вполне может оказаться несколько дороже традиционной сети за счет значительной избыточности при проектировании. Однако, положа руку на сердце, если за капитальный ремонт квартиры с гарантией, что 15 лет она будет "как новая", с Вас попросят дороже, чем за текущий ремонт на год - два, что вы выберете?

Возвращаясь к технической стороне дела, поясним, как обычно располагаются коммутационные панели. Как правило, панель первого уровня приходится одна на комнату (если та большая), либо на этаж (если этаж большой, то панелей на нем может быть несколько). Возможны и другие варианты, например, одна панель на несколько этажей. Есть обычно и центральный коммутационный узел, куда сходятся кабели от панелей более низкого уровня и, что важно, внешние коммуникации. Коммутационные панели принято помещать в помещения с контролируемым доступом, там же располагают и активное сетевое оборудование, а также зачастую и сетевые серверы.

Для полноты картины, следует отметить, что в системе структурированной сети есть и другие компоненты. Большую популярность в последнее время приобрели оптоволоконные кабели. Их применение в структурированной сети оправдано при необходимости получить либо очень высокую полосу пропускания (свыше 100 Мбит/с), либо очень высокую помехозащищенность, либо когда расстояния оказываются слишком велики для витой пары (максимальное расстояние от розетки до активного сетевого элемента не более 100м провода Level 3. Level 5 способен выдержать и 150 м при 16 Мбит/с, однако при 100 Мбит/с он тоже ограничен ста метрами). Для разводки оптических кабелей существует арсенал средств, аналогичных тем, что мы уже рассмотрели, - световоды, оптические коммутационные панели и оптические разъемы (аналоги розеток).

Кроме того, важными составляющими структурированной сети являются средства для подключения к ней оборудования, рассчитанного на другие типы кабеля.

Тема нашего обзора ограничена чисто компьютерными сетями, поэтому мы будем подробно обсуждать, что может дать структурированная система с точки зрения именно компьютерной сети. Но дело в том, что коммуникационные сети современных зданий не ограничиваются компьютерными, существует множество других - телефонные, радио, телевизионные, охранные, пожарная сигнализация, системы управления и контроля и т.д. Трудно вообразить море коммуникаций, необходимое современному зданию для нормальной жизнедеятельности. И большинство из них ни чуть не менее важны, чем компьютерная (а нередко и важнее). Единодушное принятие структурированной системы в значительной степени было обусловлено тем, что она объединила все эти сети в одну коммуникационную систему и решила проблему в комплексе.

Возникла единая коммуникационная система здания, переносящая в нем все потоки информации. Данные, звук, телеметрия, видео - все передается по кабелям структурированной сети. Внешние элементы - телефоны, телевизоры, датчики, компьютеры - единообразно к ней подключаются. Попробуйте представить, что было бы, если все эти сети проложить независимо, да еще по старой технологии, и чего бы стоило малейшее изменение одной из них, или, того хуже, ремонт. Почему-то в голову приходят перерытые улицы Москвы...