Кабельні мережі. типові структурні й технологічні вирішення

Кабельні мережі KM
Прості кабельні мережі
Типові структурні вирішення
Загальна характеристика та історія розвитку кабельних мереж KM
Кабельна інфраструктура локальної мережі є однією з головних її елементів. На думку фахівців, власне помилки у кабельних з'єднаннях найчастіше є причиною збоїв у роботі мережі. Кабельні мережі розвивалися у напрямі від простих мереж шинної або кільцевої структури до комбінованих, а сьогодні логічно завершені в концепції структурованої кабельної системи. Є два підходи до цієї проблеми. Комп'ютерні фірми в розробках застосовують з'єднання комп'ютерів один з одним, поступово нарощуючи мережу. Комунікаційні фірми використовують кабельні телефонні мережі, які вже давно діють і мають складну розгалужену структуру, крос-панелі, розетки та ін.
Сьогодні актуальними є обидві тенденції, які мають суттєві переваги та недоліки. Прості мережі прокладають швидше, вони дешевші; розвиваються "еволюційним" шляхом і не потребують значних капітальних витрат. Однак такі мережі складні в експлуатації та модернізації. Структуровані кабельні системи значно дорожчі, однак придатні значно довше (до 15 років, . тоді як прості кабельні мережі доводиться замінювати вже після п'яти-восьми років експлуатації).
Кожен із варіантів кабельних мереж має обмеження, описані у специфікаціях протоколів та зумовлені технічними обмеженнями.
Прості кабельні мережі
Розглянемо прості кабельні мережі на прикладі мереж Ethernet lOBase-XX. Головні варіанти специфікації Ethernet (lOBase-5 та lOBase-2) мають обмеження щодо довжини з'єднань та кількості приєднаних пристроїв.
lOBase-5. Швидкість передавання становить 10 Мбіт/с. Трансивери закріплені безпосередньо на кабелі роз'єднувачем з проколюванням ізоляції. Сегмент мережі має довжину до 500 м та максимально до 100 трансиверів. У мережу можна приєднати до п'яти сегментів, отже, максимальна довжина кабелю між двома станціями становить 2500 м, а кількість повторювачів між довільними станціями - не більше чотирьох. Максимальна кількість станцій у мережі - 1024. Максимальна відстань між станцією і трансивером - 50 м (рис. 17.1).
lOBase-2. Швидкість передавання становить 10 Мбіт/с. Станції мережі приєднані до кабелю через BNC-роз'єднувачі. Сегмент мережі має довжину до 185 м та максимально до 30 трансиверів. У мережі може бути до п'яти сегментів, отже, максимальна довжина кабелю між двома станціями - 925 м, а кількість повторювачів між довільними станціями - не більше чотирьох. У мережі також може бути до трьох сегментів, з'єднаних двома лініями завдовжки до 185 м кожна і без станцій. Максимальна кількість станцій у мережі - 150 (рис. 17.2).
10Base-T. Мережа Ethernet на скрученій парі побудована з використанням неекранованої (екранованої, фольгованої) скрученої пари. Вона має топологію розподіленої зірки, у ній застосовують концентратори (рис. 17.3). Кількість станцій, які можна приєднати до мережі, залежить від кількості портів у концентраторах. Кількість портів можна збільшити, побудувавши концентраторні стеки. Відстань між станцією та концентратором - не більше 100 м. Між будь-якою парою станцій не може бути більше п'яти сегментів та чотирьох повторювальних секцій. Сегментом уважають приєднання станції до концентратора та міжконцентраторні з'єднання.
З'єднання зіркової топології надійніші, прості в експлуатації, сумісні з сучасними технологіями Fast Ethernet та Gigabit Ethernet.
Комбіновані кабельні мережі
Комбіновані кабельні мережі застосовують, якщо потрібно частину мережі розмістити на більшій відстані, ніж дають змогу обмеження простих кабельних мереж. Розглянемо приклад комбінованої мережі з використанням скрученої пари і "тонкого" Ethernet (рис. 17.4). Сегмент "тонкого" Ethernet приєднано через спеціальні AUI-роз'єднувачі концентраторів за допомогою кабелю зовнішнього доступу. На рис. 17.4 п'ятикутниками позначені та перенумеровані повторювальні секції, а квадратами - сегменти. Повторювальними секціями вважають як концентратори, так і повторювачі.
Сегментами вважають кабельні з'єднання між станцією і концентратором, між концентраторами, між повторювачами, сегменти "тонкого" Ethernet. Максимальна кількість сегментів - п'ять, повторювальних секцій між довільною парою станцій - чотири.
Інколи структурні обмеження Ethernet наводять у вигляді "правила 5-4-3": у мережі Ethernet може бути не більше з 'яти сегментів, чотирьох повторювачів, однак тільки до трьох сегментів можуть бути приєднані клієнтські станції.
Структуровані кабельні вирішення
В адміністративному або офісному будинку, як звичайно, монтують структуровану кабельну мережу (рис. і7.5), яка має деревоподібну структуру. Згідно зі стандартом ISO/IEC ] 1801 кабельна система має такі функційні елементи:
кампусний розподілювач (Campus Distributor (CD));
магістральну кампусну систему;
будинковий розподілювач (Building Distributor (BD));
магістральний кабель будинку;
поверховий розподілювач (Floor Distributor (FD)); .'
горизонтальний кабель (Horizontal Cable);
пункт переходу (зміна типу кабелю, Consolidation Point) (необов'язково);
телекомунікаційний роз'єднувач (Telecommunications Outlet (TO)).
Розподілювачі розміщують в окремих апаратних кімнатах або шафах. Інтерфейси для приєднання активного обладнання та для кросування розташовані на
кінцях кожної підсистеми.
Нормативи та обмеження:
на кожні 1000 м2 площі офісу повинен бути хоча б один FD. Також один FD повинен бути і на кожен поверх. Якщо ж на поверсі є мало користувачів, то допустиме використання FD суміжного поверху;
у багатьох країнах ставлять два роз'єднувачі на кожні 10 м2 офісу. Для кожної робочої
ділянки повинно бути мінімум два роз'єднувачі;
обмеження на довжину з'єднань (рис. 17.6).
ділянки, обладнання та комунікаційного шнура горизонтальної підсистеми; С та D < 20 м -комунікаційні шнури на BD та CD; F та G < 30 м - кабелі приєднання обладнання до BD та CD.
Стандартом ISO/IEC 11801 розглянуто тільки кабелі п'ятої-сьомої категорій (D, Е, F). У межах однієї підсистеми дозволено використовувати компоненти різних категорій, однак тоді категорію системи визначають за найнижчою категорією компонента. Максимальна довжина горизонтальної кабельної підсистеми становить 90 м незалежно від середовища передавання.
Визначено два поняття - канал (channel) та лінія (permanent link) (рис. 17.7 для мідного кабелю). Як бачимо з рис. 17.7, лінія містить тільки пасивні компоненти між двома розетками. Всі параметри кабельної системи визначені для лінії та для каналу.
У магістралі допустимо не більше двох ієрархічних рівнів. На шляху від FD до CD може бути тільки один крос. Максимальна відстань між CD та FD -2000 м (у випадку одномодового волоконно-оптичного кабелю - до 3 км. Незважаючи на те, що одномодовий волоконно-оптичний кабель дає змогу передавання на відстань до 60 км, такі вирішення стандарт не розглядає).
Інколи у структурованій кабельній системі виділяють такі підсистеми (рис. 17.8):
вертикальну;
керування;
горизонтальну;
робочого місця.
Вертикальна підсистема - це швидкісна міжповерхова магістраль. її головно будують з використанням волоконно-оптичного кабелю або скрученої пари. Нею можна передавати дані зі швидкістю 100 Мбіт/с. Для побудови магістралей застосовують мережі FDDI, комутований Fast Ethernet, Gigabit Etgernet та ін.
Підсистему керування монтують на кожному поверсі. Вона складається з комутатора та комутаційної панелі. З використанням підсистеми керування адміністратор мережі перекому-товує окремі порти комутатора та ро'єднувачі на поверсі. Комутатор та комутаційна (крос) панель розміщені в окремій шафі.
Горизонтальна підсистема - це кабельна мережа між комутаційною панеллю та підсистемою робочого місця. Для неї найчастіше застосовують скручену пару. Горизонтальну поверхову кабельну мережу монтують у спеціальних пластикових коритцях.
Підсистема робочого місця складається з розеток RJ-45 та комутаційних шнурів, якими приєднані комп'ютери.
Структурована кабельна система, незважаючи на великі капітальні затрати, гнучкіша в експлуатації. Вона дає змогу однією й тією ж кабельною системою передавати інформацію
різного типу: телефонні сигнали, дані, відеоінформацію охоронних систем тощо. Термін служби структурованої кабельної системи 10-15 років, що значно перевищує термін служби простих та комбінованих мереж. Структуровану кабельну систему прокладають, як звичайно, під час будівництва будинку офісу, її вартість закладена в капітальних витратах на будівництво. Простіші кабельні вирішення допускають поступове розширення і вкладання коштів. Водночас структу-рована система є єдиним правильним вирішенням у випадку побудови великих мереж з десятками серверів та кількома сотнями робочих станцій.
Прості кабельні мережі можуть прокладати спеціалісти середньої кваліфікації, в тому числі і представники фірми-замовника. Створити структуровану кабельну систему набагато складніше, це повинні виконувати представники спеціалізованої фірми. Під час побудови такої системи всі її компоненти (кабелі, комутатори, панелі, розетки, шнури тощо) й уся система повинні пройти сертифікацію на відповідність певній категорії або класу (наприклад, п'ятій категорії класу D). На ринку закінчені структуровані кабельні вирішення пропонують фірми MOD-TAP, Reichle&De-Massari (Freenet), AT&T (SYSTIMAX), Panduit (PANNET), Northen Telecom (IBDN) та ін.
Типові структурні вирішення
На ринку мереж сьогодні переважають декілька "стандартних" мережевих архітектур. Пояснюють архітектури за допомогою графічних схем. Для позначення окремих типів активних пристроїв на схемах є система умовних позначень (рис. 17.9).
Розподілена мережева магістраль (distributed backbone) - одна з найперших мережевих технологій. В її основі є такий принцип: на кожному поверсі встановлено концентратор, який збирає всі потоки. Сполучення між поверхами налагоджують через маршрутизатори або за технологією локальних мереж чи з використанням FDDI (рис. 17.10). У такій мережі кожен
сегмент- це окрема підмережа. Під час передавання даних між сегментами інформація проходить через маршрутизатори (додаткова затримка). Вартість такої мережі велика (багато маршрутизаторів), однак і велика надійність.
Централізована мережева магістраль. Архітектура Collapsed Backbone виконана на основі центрального потужного маршрутизатора або комутатора. її використовують для побудови мережі одного будинку (рис. 17.11). Центром магістралі можуть бути і концентратори, і маршрутизатори, і комутатори. Кожне з цих вирішень має відповідні обмеження. Зосередження магістралі в одному пункті створює зручну архітектуру для керування. Вартість такої мережі менша, зменшено затримки завдяки меншій кількості маршрутизаторів.
Для більшої гнучкості у центрі магістралі можна розмістити конфігурований комутатор. Це дасть змогу об'єднувати сегменти на різних поверхах в окремі підмережі, виділити окремий серверний канал, призначати та перепризначати сервери до окремих сегментів.
Така архітектура непридатна для з'єднань між будинками (навіть якщо вони розташовані близько).
Гібридні міжмсрежеві магістралі (hybrid backbones). Кабельні з'єднання з кількох будинків зводити на один центральний пристрій складно. У цих випадках рекомендують гібридну мережеву архітектуру. Для магістралі можна використати технологію локальних мереж або FDDI, на рівні окремих будинків - централізовану магістраль, а для з'єднань між будинками - розподілену магістраль (campus backbone) (рис. 17.12).
Глобальна мережа (wide area network). Найбільше архітектура глобальних мереж зале-жить від проблем економії. Якщо після створення локальної мережі нею можна користуватися майже безкоштовно, то за кожен канал глобальної мережі треба оплачувати постачальникові послуг (провайдеру).
Вузлами глобальної мережі є маршрутизатори. Серед них виділяють головні вузли мережі (mesh backbone) з приєднаним до них "кущем" маршрутизаторів для організації доступу (рис. 17.13). Як канали глобальної мережі (двопунктові) можна використовувати призначені канали різних типів та мереж.
Сучасність ставить нові вимоги щодо продуктивності мереж. Для збільшення перепускної здатності застосовують сегментацію та комутацію мереж, нові швидкісні технології.
Технології асиметричного передавання (DirecPC). Однією з технологій асиметричного передавання є гібридна технологія DirecPC (рис. 17.14). У цій технології користувач передає запит через звичайний комутований канал зв'язку і модем постачальнику Internet-послуг. Зворотний шлях інформації інший: спеціальний центр супутникового зв'язку надсилає дані користувачу через супутник. Комп'ютер користувача обладнаний спеціальним адаптером та супутниковою приймальною антеною. Швидкість одержання даних значно перевищує швидкість надсилання запиту і становить 0.4-3.0 Мбіт/с. Подібний асиметричний порядок передавання виправданий, оскільки потік від сервера до користувача значно перевищує за інтенсивністю зворотний потік.
На комп'ютері користувача розміщений адаптер з відповідним драйвером, приєднаний до приймальної супутникової антени. Драйвер адаптера взаємодіє з ОС клієнтського комп'ютера як драйвер локальної мережі (специфікація NDIS). Водночас клієнтський комп'ютер через модем та комутовані телефонні канали приєднаний до Internet. Запит клієнта до будь-якого сервера Internet передається через модем. Драйвер адаптера в кожному IP-пакеті замінює зворотну адресу на адресу Операційного центру. Потім відбувається інкапсуляція цього пакета в інший IP-пакет, адресований Операційному центру та зі зворотною адресою комп'ютера-клієнта.
Операційний центр одержує з такого подвійного пакета запакований первинний пакет, спрямовує його серверу й одержує відповідь, яку надсилає комп'ютеру клієнта супутниковим каналом. Отже, всі інформаційні потоки проходять через Операційний центр.
Технологію DirecPC розробила фірма Hughes Network Systems (HNS). Першу таку систему почали експлуатувати навесні 1995 р. Сьогодні пропонують три сервіси, що забезпечують таке:*
Turbo Internet - швидкісне низхідне передавання даних в Internet;*
Digital Packet Delivery - одночасне передавання великих файлів багатьом адресатам. Швидкість передавання може досягати 3 Мбіт/с;*
Multimedia - передавання телевізійних, навчальних та інших програм у реальному часі багатьом користувачам.
Подальшим удосконаленням DirecPC стала технологія NetSat Direct. На відміну від попередньої технології, тут є змога передавати запит безпосередньо через супутник з використанням мікрохвильового передавача (перепускна здатність 19.2 Кбіт/с). Нема потреби у висхідному модемному сполученні.
Технології агрегування каналів. Технології агрегування забезпечують передавання даних одного сеансу кількома каналами, завдяки чому збільшується вислідна швидкість передавання (рис. 17.15).
Для позначення технології агрегування каналів (АК) інколи використовують термін trunking. Цей термін не відображає точно суть явища, його використовують деякі споріднені технології. Тому IEEE для опису цієї технології застосував термін Link Aggregation (LA) (Агрегування каналів).
Під технологіями агрегування каналів звичайно розуміють набір технологій, які дають змогу використовувати замість одного каналу декілька. Крім збільшення вислідної швидкості передавання, така технологія:*
збільшує надійність завдяки створенню резервних каналів;*
поліпшує використання перепускної здатності з використанням балансування навантаження між каналами.
У технології АК декілька фізичних каналів утворюють один логічний. Як звичайно, такий канал двопунктовий. Пристрої, розміщені на кінцях такого каналу, називають граничними (edge devices).
Щодо сполучень протоколів вищих рівнів агрегований канал надає один порт. Такими протоколами можуть бути SNMP, VLAN, протокол залишкового дерева STP.
Фактично ж у технології АК використовують декілька портів, кожний зі своєю МАС-адресою. Тому у граничних пристроях відповідні алгоритми аналізують потік і розподіляють його між каналами.
Порядок розподілу. Для спрощення роботи протоколу, зменшення часових втрат не завжди відстежують та коректують порядок надходження кадрів. Тому кожному сеансу (парі передавач-одержувач, відображеній парою їхніх МАС-адрес) відводиться тільки один канал передавання.
У 1997 р. створено робочу групу Link Aggregation Working Group, яка працює над стандартом АК для мережі Ethernet IEEE 803.3ad. Розглядають двопунктові сполучення Ethernet швидкості 10, 100, 1000 Мбіт/с.
Типове місце використання таких технологій - це сполучення комутатора та сервера. Також їх можна застосовувати для сполучення комутаторів. Типова конфігурація - це чотири канали Fast Ethernet, що забезпечують швидкість 800 Мбіт/с у чотирьох дуплексних каналах.
Балансування навантаження дає змогу повністю використовувати перепускну здатність. У випадку виходу з ладу якогось порту потік перерозподіляється на інші порти.
Технологію паралельного передавання можна реалізувати технічно як
програмну реалізацію. Забезпечує найпростіший перехід на нову технологію. Однак ПЗ перевантажує ЦП сервера комунікаційними функціями;
частково апаратну (на рівні адаптера) та програмну. У цьому разі комунікаційні функції частково переходять до процесора адаптера. Проте ЦП також задіяний. Під час вибору конкретного продукту важливо визначити відсоток використання процесора. Крім того, не завжди ПЗ працює з усіма адаптерами.
Більшість сучасних реалізацій обмежена невеликою кількістю ліній (до чотирьох). Це аргументують тим, що більша кількість ліній перевантажить сервер, і дешевше буде перейти до продуктивніших вирішень, наприклад, таких як GE або 10 GE.
Є симетричне та асиметричне агрегування каналів. У симетричному передавання по кожній лінії дуплексне, в асиметричних усі порти передають, а тільки один приймає.
Не всі комутатори розпізнають, що агрегована група ліній відходить від одного джерела (тому що кожен порт групи має окрему МАС-адресу). Для підтримки паралельного передавання потрібні інтелектуальні комутатори.
Окремі вирішення розрізняють і за алгоритмами балансування навантаження.
У найпростішому випадку кадри розподіляються почергово на всі порти групи. Однак таке вирішення створює проблеми з дотриманням порядку надходження кадрів, тому доводиться використовувати буфери.
Є адаптивні алгоритми, які враховують завантаженість окремих портів та балансують навантаження.
Є фіксовані алгоритми, у яких обрання лінії передавання відбувається за останніми двома бітами адреси призначення. У такому вирішенні збережений порядок надходження кадрів, однак ресурси витрачаються на аналіз, а також неефективно використовувані лінії.
Вирішення компанії 3COM з агрегування каналів наведені в Д. 17.1.

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать