Среда передачи данных

 

Промышленностью выпускается огромное количество типов кабелей. Но все кабели можно разделить на три большие группы:

- электрические (медные) кабели на основе витых пар проводов;

- электрические (медные) коаксиальные кабели (coaxialcable);

- оптоволоконные кабели (fibreoptic).

Каждый тип кабеля имеет свои преимущества и недостатки, так что при выборе надо учитывать как особенности решаемой задачи, так и особенности конкретной сети, в том числе и используемую топологию.

В настоящее время действуют следующие стандарты на кабели:

- EIA/TIA 568 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard) – американский;

- ISO/IEC IS 11801 (Generic cabling for customer premises) – международный;

- CENELEC EN 50173 (Generic cabling systems) – европейский.

Кабель на основе витых пар представляет собой несколько пар скрученных попарно изолированных медных проводов в единой диэлектрической (пластиковой) оболочке. Он довольно гибкий и удобный для прокладки. Скручивание проводов позволяет свести к минимуму индуктивные наводки кабелей друг на друга и снизить влияние переходных процессов. Обычно в кабель входит две или четыре витые пары

Неэкранированные витые пары характеризуются слабой защищенностью от внешних электромагнитных помех, а также от подслушивания, которое может осуществляться с целью, например, промышленного шпионажа. Причем перехват передаваемой по сети информации возможен как с помощью контактного метода, так и с помощью бесконтактного метода, сводящегося к радиоперехвату излучаемых кабелем электромагнитных полей. Действие помех и величина излучения во вне увеличивается с ростом длины кабеля. Для устранения этих недостатков применяется экранирование кабелей.

В случае экранированной витой пары STP каждая из витых пар помещается в металлическую оплетку-экран для уменьшения излучений кабеля, защиты от внешних электромагнитных помех и снижения взаимного влияния пар проводов друг на друга. Для того чтобы экран защищал от помех, он должен быть обязательно заземлен. Естественно, экранированная витая пара заметно дороже, чем неэкранированная. Ее использование требует специальных экранированных разъемов. Основные достоинства неэкранированных витых пар – простота монтажа разъемов на концах кабеля, а также ремонта любых повреждений по сравнению с другими типами кабеля. Все остальные характеристики у них хуже, чем у других кабелей. В настоящее время витая пара используется для передачи информации на скоростях до 1000 Мбит/с, хотя технические проблемы, возникающие при таких скоростях, крайне сложны.

Согласно стандарту EIA/TIA 568, существуют пять основных и две дополнительные категории кабелей на основе неэкранированной витой пары (UTP):

- Кабель категории 1 – это обычный телефонный кабель (пары проводов не витые), по которому можно передавать только речь.

- Кабель категории 2 – это кабель из витых пар для передачи данных в полосе частот до 1 МГц. Кабель не тестируется на уровень перекрестных наводок. В настоящее время он используется очень редко. Стандарт EIA/TIA 568 не различает кабели категорий 1 и 2.

- Кабель категории 3 – это кабель для передачи данных в полосе частот до 16 МГц, состоящий из витых пар с девятью витками проводов на метр длины. Кабель тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом. Это самый простой тип кабелей, рекомендованный стандартом для локальных сетей. Еще недавно он был самым распространенным, но сейчас повсеместно вытесняется кабелем категории 5.

- Кабель категории 4 – это кабель, передающий данные в полосе частот до 20 МГц. Используется редко, так как не слишком заметно отличается от категории 3. Стандартом рекомендуется вместо кабеля категории 3 переходить сразу на кабель категории 5. Кабель категории 4 тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом. Кабель был создан для работы в сетях по стандарту IEEE 802.5.

- Кабель категории 5 – в настоящее время самый совершенный кабель, рассчитанный на передачу данных в полосе частот до 100 МГц. Состоит из витых пар, имеющих не менее 27 витков на метр длины (8 витков на фут). Кабель тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом. Рекомендуется применять его в современных высокоскоростных сетях типа FastEthernet и TPFDDI.

- Кабель категории 6 – перспективный тип кабеля для передачи данных в полосе частот до 200 (или 250) МГц.

- Кабель категории 7 – перспективный тип кабеля для передачи данных в полосе частот до 600 МГц.

Стандарт определяет также максимально допустимую величину рабочей емкости каждой из витых пар кабелей категории 4 и 5. Она должна составлять не более 17 нФ на 305 метров при частоте сигнала 1 кГц.

Для присоединения витых пар используются разъемы (коннекторы) типа RJ-45. Разъемы RJ-45 имеют восемь. Присоединяются разъемы к кабелю с помощью специальных обжимных инструментов. Чаще всего витые пары используются для передачи данных в одном направлении (точка-точка), то есть в топологиях типа звезда или кольцо.

Кабели выпускаются с двумя типами внешних оболочек:

- Кабель в поливинилхлоридной (ПВХ, PVC) оболочке дешевле и предназначен для работы в сравнительно комфортных условиях эксплуатации.

- Кабель в тефлоновой оболочке дороже и предназначен для более жестких условий эксплуатации.

Кабель в ПВХ оболочке называется еще non-plenum, а в тефлоновой – plenum. Термин plenum обозначает в данном случае пространство под фальшполом и над подвесным потолком, где удобно размещать кабели сети.

Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального медного провода и металлической оплетки (экрана), разделенных между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и помещенных в общую внешнюю оболочку.

Коаксиальный кабель до недавнего времени был очень популярен, что связано с его высокой помехозащищенностью (благодаря металлической оплетке), более широкими, чем в случае витой пары, полосами пропускания (свыше 1ГГц), а также большими допустимыми расстояниями передачи (до километра). К нему труднее механически подключиться для несанкционированного прослушивания сети, он дает также заметно меньше электромагнитных излучений вовне. Однако монтаж и ремонт коаксиального кабеля существенно сложнее, чем витой пары, а стоимость его выше (он дороже примерно в 1,5 – 3 раза). Сложнее и установка разъемов на концах кабеля. Сейчас его применяют реже, чем витую пару. Стандарт EIA/TIA-568 включает в себя только один тип коаксиального кабеля, применяемый в сети Ethernet.

Основное применение коаксиальный кабель находит в сетях с топологией типа шина. При этом на концах кабеля обязательно должны устанавливаться терминаторы для предотвращения внутренних отражений сигнала, причем один (и только один!) из терминаторов должен быть заземлен. Без заземления металлическая оплетка не защищает сеть от внешних электромагнитных помех и не снижает излучение передаваемой по сети информации во внешнюю среду. Но при заземлении оплетки в двух или более точках из строя может выйти не только сетевое оборудование, но и компьютеры, подключенные к сети. Терминаторы должны быть обязательно согласованы с кабелем, необходимо, чтобы их сопротивление равнялось волновому сопротивлению кабеля.

В сети FastEthernet не предусмотрено применение коаксиальных кабелей.

Существует два основных типа коаксиального кабеля:

- тонкий (thin) кабель, имеющий диаметр около 0,5 см, более гибкий;

- толстый (thick) кабель, диаметром около 1 см, значительно более жесткий. Он представляет собой классический вариант коаксиального кабеля, который уже почти полностью вытеснен современным тонким кабелем.

Тонкий кабель используется для передачи на меньшие расстояния, чем толстый, поскольку сигнал в нем затухает сильнее. Зато с тонким кабелем гораздо удобнее работать: его можно оперативно проложить к каждому компьютеру, а толстый требует жесткой фиксации на стене помещения. Подключение к тонкому кабелю проще и не требует дополнительного оборудования. А для подключения к толстому кабелю надо использовать специальные довольно дорогие устройства, прокалывающие его оболочки и устанавливающие контакт как с центральной жилой, так и с экраном. Толстый кабель примерно вдвое дороже, чем тонкий, поэтому тонкий кабель применяется гораздо чаще.

Типичные величины задержки распространения сигнала в коаксиальном кабеле составляют для тонкого кабеля около 5 нс/м, а для толстого – около 4,5 нс/м.

Новые стандарты на кабельные системы уже не включают его в перечень типов кабелей.

Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель – это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент – это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.

Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля. Только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром около 1 – 10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции – стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае речь идет о режиме так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется. Однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды.

Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам сигнал не порождает внешних электромагнитных излучений. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как при этом нарушается целостность кабеля. Теоретически возможная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 10¹² Гц, то есть 1000 ГГц, что несравнимо выше, чем у электрических кабелей. Стоимость оптоволоконного кабеля постоянно снижается и сейчас примерно равна стоимости тонкого коаксиального кабеля.

Типичная величина затухания сигнала в оптоволоконных кабелях на частотах, используемых в локальных сетях, составляет от 5 до 20 дБ/км, что примерно соответствует показателям электрических кабелей на низких частотах. Но в случае оптоволоконного кабеля при росте частоты передаваемого сигнала затухание увеличивается очень незначительно, и на больших частотах (особенно свыше 200 МГц) его преимущества перед электрическим кабелем неоспоримы, у него просто нет конкурентов.

Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки.

Самый главный из них – высокая сложность монтажа. Для установки разъемов применяют сварку или склеивание с помощью специального геля, имеющего такой же коэффициент преломления света, что и стекловолокно. В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Использование оптоволоконного кабеля требует специальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно, что порой существенно увеличивает стоимость сети в целом.

Оптоволоконные кабели допускают разветвление сигналов (для этого производятся специальные пассивные разветвители (couplers) на 2—8 каналов), но, как правило, их используют для передачи данных только в одном направлении между одним передатчиком и одним приемником. Ведь любое разветвление неизбежно сильно ослабляет световой сигнал, и если разветвлений будет много, то свет может просто не дойти до конца сети. Кроме того, в разветвителе есть и внутренние потери, так что суммарная мощность сигнала на выходе меньше входной мощности.

Оптоволоконный кабель менее прочен и гибок, чем электрический. Типичная величина допустимого радиуса изгиба составляет около 10 – 20 см, при меньших радиусах изгиба центральное волокно может сломаться. Чувствителен оптоволоконный кабель и к ионизирующим излучениям, из-за которых снижается прозрачность стекловолокна, то есть увеличивается затухание сигнала. Резкие перепады температуры также негативно сказываются на нем, стекловолокно может треснуть.

Применяют оптоволоконный кабель только в сетях с топологией звезда и кольцо.

Проектная часть

Техническое задание

 

2.1.1 Основные положения.

 

1. Объект расположен в Орловская обл, Мценский р-н, г.Мценск.

2. Существующий объект представляет собой 2-х этажное здание.

3. Цель проекта состоит в проведении работ по проектированию структурированной кабельной системы (далее СКС) для 2-го этажа и коридорах (планы помещений Рисунок 2.1), в проведении монтажа СКС.

4. Требования к проектированию и производству работ определяются следующими документами:

1) приказ о закреплении тем дипломных работ студентов очной формы обучения специальности 09.02.02 «Компьютерные сети» №64/3у от 06.04.2015;

2) стандарт телекоммуникационных кабельных систем ANSI/TIA/EIA-568-B (568-B);

3) ISO 11801-2000 «Кабельные системы в информационных технологиях»;

4) ГОСТ 21.101-97 «Основные требования к проектной и рабочей документации»;

5) система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования ГОСТ 12.1.004-91;

6) ГОСТ Р 53245-2008/. Информационные технологии. Системы кабельные структурированные. Монтаж основных узлов системы. Методы испытания;

7) ГОСТ Р 53246-2008. Информационные технологии. Системы кабельные структурированные. Проектирование основных узлов системы. Общие требования.

В настоящем ТЗ определены требования к локальной вычислительной  сеть;

2.1.2 Структурированная кабельная система.

 

Основные положения.

− Слаботочная кабельная система объекта должна строиться на основе СКС.

− Исполнитель обязан иметь сертификат на право инсталляции и сертифицирования СКС выше указанных производителей.

− СКС должна представлять собой концептуальное решение, способное удовлетворить нынешние и будущие потребности в коммуникациях.

− СКС должна обладать высокой надежностью и отказоустойчивостью.

− СКС должна иметь возможность развития путем подключения дополнительных сетевых ресурсов и рабочих мест.

Требования к структурированной кабельной системе.

− Структура и архитектура СКС должны соответствовать международным стандартам, описывающим построение структурированных кабельных систем (ISO/IEC 11801, ANSITIA/EIA-568В, ГОСТ).

− Существующая кабельная система должна быть протестирована и промаркирована в соответствии со стандартом ANSI TIA/EIA-568В, ANSI TIA/EIA-606А.

− После выполнения монтажных или ремонтных работ должно быть произведено тестирование линий СКС на соответствие требованиям последней редакции международного стандарта ISO 11801.

− СКС должна строиться на 4-парном неэкранированном UTP кабеле категории 5е или выше.

− Все комплектующие СКС (кабель, розетки, коммутационные панели, соединительные корды) должны соответствовать требованиям стандарта IEC60603-7 и удовлетворять требованиям TIA/EIA-568-В.2 для категории 5е или выше, а также иметь сертификаты качества.

Прокладку кабельной системы необходимо вести:

− между этажами и в коридорах - в существующих межэтажных стояках, имеющихся, ранее проложенных, каналах и закладных;

− Система кабельных каналов должна отвечать требованиям принятых стандартов и не нарушать дизайн и интерьер помещений.

− Запас по свободному месту в кабельных каналах должен составлять не менее 30%.

− Все кабели, приходящие в промежуточные распределительные узлы из рабочих кабинетов, должны коммутироваться на обратной стороне патч-панелей. На лицевой стороне патч-панелей должна быть выполнена соответствующая маркировка. Также должны быть промаркированы пользовательские порты. Маркировка должна быть понятна и не вызывать разночтений.

 

 

2.1.3 Требования к оборудованию рабочих мест.

 

1) Каждое типовое рабочее место должно быть оснащено одной двух портовой розеткой RJ-45 и двумя розетками питания 220 В, запитанными от системы обеспечения электропитания компьютерной техники.

2) Размещение и количество точек подключения 2-го, 3-го и 4-го этажей должно определяться в соответствии с текущим расположением рабочих мест, а также с учетом возможных перестановок и установки дополнительных рабочих мест.

3) Размещение и количество точек подключения на 2-4-ом этажах должно определяться в соответствии с планом, приложенным к настоящему ТЗ, а также с учетом возможных перестановок и установки дополнительных рабочих мест.

4) Розетки питания 220 В должны иметь заземляющий контакт и соответствовать типу вилок CEE 7/4, согласно ГОСТ 7396.1-89 - тип C2.

5) Все розетки должны монтироваться в коробе так, чтобы:

- иметь возможность перемещения на 0,3 – 0,5 м от точки установки вдоль короба;

- не уменьшать рабочий просвет короба более чем на 1/3.

 

 

2.1.4 Требования к материалам, оборудованию, диагностике и метрологическому обеспечению.

 

1) При выполнении работ по оборудованию должны использоваться материалы, комплектующие и т.п., согласованные с Заказчиком и имеющие Российские и международные сертификаты качества в соответствии с ГОСТ-ами и стандартами серий ISO 9000 – 9001.

2)   При сдаче работ должны быть проведены испытания работы СКС.

 

 

2.1.4 Содержание работ.

 

Выполнить работы по реконструкции СКС в коридорах 2 этажа и в помещениях 2 этажа.

- отключение и демонтаж розеток на рабочих местах;

- демонтаж кабельной системы;

- демонтаж пластиковых и металлических каналов;

- монтаж пластиковых и металлических каналов для прокладки кабелей;

- монтаж розеток на рабочих местах;

- монтаж кабельной системы и подключение розеток;

- подключения к кроссам слаботочных кабелей от точек подключения;

- монтаж и кроссировка коммутационного оборудования (патч-панелей);

- распайка оптического кабеля в кроссе с использованием оптических коннекторов LC прямой полировки.

1)  Выполнить монтаж СКС на 2-ом этаже и оборудовать 50 рабочих мест:

- монтаж пластиковых и металлических каналов для прокладки кабелей;

- монтаж розеток на рабочих местах;

- монтаж кабельной системы и подключение розеток;

- подключения к кроссам слаботочных кабелей от точек подключения;

- монтаж и кроссировка коммутационного оборудования (патч-панелей).

2) Ремонт СКС выполняется в части:

- замены и подключения розеток на рабочих местах

- замены кабельной системы (при необходимости)

- замены и кроссировки коммутационного оборудования (патч-панелей) (при необходимости)

Выполнить подключение рабочих мест второго этажа к промежуточному распределительному узлу, расположенному на 1 этаже.

 

 

2.1.5 Требования безопасности.

 

1) Все системы должны отвечать общим требованиям электрической и механической безопасности по ГОСТ 12.2.007.0-75 и ГОСТ 25861-83.

2) Конструкция и монтаж всех систем должны исключать возможность прикосновения обслуживающего персонала к токоведущим частям.

3) Все системы должны соответствовать общим требованиям к обеспечению пожарной безопасности при эксплуатации системы согласно ГОСТ12.1.004-91 и СП 3.13130.2009.