Информационные кабельные сети. 9789855038604

Table of contents :
599939_1_19
Пустая страница
599939_20_38
599939_39_57
599939_58_76
599939_77_95
599939_96_114
599939_115_133
599939_134_152
599939_153_171
599939_172_190
599939_191_197

Citation preview

О. Р. Ходасевич

информационные кабельные сети Рекомендовано учреждением образования «Республиканский институт профессионального образования» Министерства образования Республики Беларусь в качестве учебно-методического пособия для учащихся и преподавателей учреждений образования, реализующих образовательные программы среднего специального образования по специальностям «Сети телекоммуникаций», «Вычислительные машины, системы и сети»

Минск РИПО 2019

УДК 621.39(075) ББК 32.84я723 Х69 А в т о р: декан факультета повышения квалификации и переподготовки кадров УО «Белорусская государственная академия связи», кандидат технических наук, доцент О. Р. Ходасевич. Р е ц е н з е н т ы: цикловая комиссия общепрофессиональных и профилирующих дисциплин УО «Гродненский государственный политехнический колледж» (В. Д. Орехво); начальник управления информационных технологий РУП «Белтелеком» О. А. Волков.

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее части не может быть осуществлено без разрешения издательства. Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства образования Республики Беларусь.

Х69

Ходасевич, О. Р. Информационные кабельные сети : учеб.-метод пособие / О. Р. Ходасевич. – Минск : РИПО, 2019. – 194 с. : ил. ISBN 978-985-503-860-4. В учебно-методическом пособии изложены принципы построения информационных сетей на основе протокола IPv4, а также построения кабельной сети организации с использованием современных типов оптических и медных кабелей, беспроводных технологий. Приведены методики для освоения практических навыков, необходимых при монтаже оптического кабеля, кабеля «витая пара», настройке беспроводных устройств информационной сети. Материал подготовлен на основе современных международных стандартов в области телекоммуникаций, содержит большое количество рисунков, схем, а также методику проведения тренингов. Предназначено для учащихся и преподавателей учреждений среднего специального образования по специальностям «Сети телекоммуникаций», «Вычислительные машины, системы и сети», а также может быть использовано для подготовки экспертов (тренеров) и конкурсантов национальной и региональных команд на конкурсах профессионального мастерства по компетенции «Информационные кабельные сети». УДК 621.39(075) ББК 32.84я723

ISBN 978-985-503-860-4

© Ходасевич О. Р., 2019 © Оформление. Республиканский институт профессионального образования, 2019

ПРЕДИСЛОВИЕ Информационные сети в настоящее время стали неотъемлемой частью практически любой организации. Финансовая, техническая, служебная и другие виды информации требуют соответствующей обработки, хранения и передачи между пользователями. При этом способы построения «транспортной» среды для корпоративных данных во многом влияют на качество и скорость передачи информации. До недавнего времени основой любой сети передачи данных, видео или голоса являлась кабельная система. Более того, для решения задач универсальности (передача данных локальных вычислительных сетей (ЛВС), телефонного трафика, видеоинформации) и гибкости (изменение конфигурации и физической топологии кабельной системы путем перекоммутации кабелей на кроссовом оборудовании) такая система должна была строиться по принципам структурированной кабельной системы (СКС). Данная система реализуется на основе медных или оптических кабелей, все ее элементы интегрируются в единый комплекс и эксплуатируются согласно определенным правилам. Оконечными устройствами в такой сети являются стационарные устройства, подключенные к сети с помощью кабеля. Однако все большую популярность приобретают мобильные терминальные устройства, которые позволяют работникам организации иметь доступ к сетевым ресурсам постоянно и в любом месте. Поэтому в настоящее время составной частью информационной сети организации становятся беспроводные сегменты, которые необходимо интегрировать с проводной сетью. Это в пол3

Предисловие

ной мере относится к установке как домашней (офисной) сети, так и сети крупной организации. Кроме того, современные мировые тенденции требуют изменения функций специалистов, устанавливающих информационную кабельную систему, предъявляя к их квалификации новые требования. В частности, специалист данного профиля должен знать стандарты и правила работы оконечных устройств ЛВС, простейших сетевых устройств и уметь их настраивать. В связи с этим в мировой практике появился термин – информационная кабельная сеть, т. е. сеть организации, объединяющая традиционную СКС и подключенные к ней беспроводные сегменты. Компетенция «Информационные кабельные сети» включена в перечень профессий блока «Информационные технологии», по которым проводят соревнования в рамках международного конкурса профессионального мастерства WorldSkills International. Необходимость написания данного учебно-методического пособия возникла в связи с потребностью учесть тенденции развития современных информационных сетей, а также расширить функции специалистов, ответственных за установку и эксплуатацию информационной кабельной сети организации. В учебно-методическом пособии представлены учебный материал, а также методики освоения практических навыков, необходимых при разделке и сварке оптического кабеля, монтаже кабеля «витая пара», настройке беспроводных устройств, расчете сетевой адресации IP-сетей. В приложении приведены тренинги для подготовки участников республиканских и международных конкурсов профессионального мастерства по компетенции «Информационные кабельные сети».

4

ГЛаВа 1. ИНФОРМаЦИОННаЯ СЕТЬ

ОРГаНИзаЦИИ 1.1. ПРИНЦИПы ОРГаНИзаЦИИ ИНФОРМаЦИОННыХ СЕТЕй Модели сетевого взаимодействия Для обеспечения правильной и корректной работы, а также взаимодействия между собой информационные сети должны функционировать по единым правилам. Эти правила в сетевых технологиях называют протоколами. Сетевые протоколы определяют способ передачи сообщения через сеть, форматы и размеры сообщений, принципы кодирования сообщений, способы адресации устройств, способы и методы шифрования сообщений, способы исправления ошибок и многое другое. При этом для осуществления передачи сообщения от источника к получателю через всю сеть необходим набор (стек) взаимодействующих между собой протоколов, каждый из которых отвечает за решение своей конкретной задачи. Набор протоколов может быть разработан международной организацией по стандартизации или компанией-производителем. Если протокол принят отраслевыми компаниями, то для международного признания он должен быть утвержден организацией по стандартизации. Наиболее известными международными организациями по стандартизации являются: • ISO (International International Or�ani�ation �or Standardi�ation)) – Международная организация по стандартизации; • IETF (Internet En�ineerin� Task Force) – Инженерная группа по развитию Интернета; 5

Глава 1. Информационная сеть организации

• IEEE (Institute o� Electrical and Electronics En�ineers) – Институт инженеров по электротехнике и электронике; • TIA (Telecommunications Industry Association) – Ассоциация телекоммуникационной промышленности; • EIA (Electronic Industries Alliance) – Альянс отраслей электронной промышленности; • ITU-T (International Telecommunications Union, Telecommunication Standardi�ation Sector) – Международный союз электросвязи, сектор стандартизации телекоммуникаций. Использование стандартов при разработке и реализации протоколов гарантирует, что продукты и оборудование разных производителей будут успешно взаимодействовать между собой. Если какой-либо производитель строго не соблюдает стандарты протокола, то его оборудование или программное обеспечение (ПО) не сможет успешно взаимодействовать с продуктами других производителей. Работа любого телекоммуникационного устройства может быть разбита на функциональные уровни в соответствии с моделью протоколов. Модель протоколов обеспечивает единообразное применение всех сетевых протоколов и сервисов, описывая то, что необходимо сделать на определенном функциональном уровне, но не предписывая конкретные способы выполнения. В настоящее время в мире широко используют две модели протоколов: эталонная модель OSI и модель протоколов TCP/IP. Отметим, что модели во многом схожи между собой и на рисунке 1.1 показано примерное соответствие их функциональных уровней. Протокольная модель сетевого взаимодействия TCP/IP была создана в конце 60-х гг. и положена в основу работы сети Интернет. Как показано на рисунке 1.1, такая модель определяет четыре функциональных уровня, необходимых для успешного взаимодействия. В основе модели лежит стек протоколов TCP/IP, что и дало название модели. Модель протоколов OSI была разработана Международной организацией по стандартизации ISO в начале 70-х гг. Модель была более детальной, состояла из семи функциональных уровней и предназначалась для замены модели TCP/IP. Однако разработчики оборудования и сервисов в ряде случаев по-прежнему продолжали использовать модель TCP/IP из-за ее упрощенной структуры и гибкости. При этом прикладной уровень модели TCP/IP соответствует трем верхним уровням модели OSI,, а уровень сетевого доступа – канальному и физическому уровням модели OSI. 6

1.1. Принципы организации информационных сетей Модель OSI

Модель TCP/IP

Прикладной Презентационный

Прикладной

Сеансовый Транспортный

Транспортный

Сетевой

Интернет

Канальный

Уровень сетевого доступа

Физический

Рис. 1.1. Модели протоколов

На каждом уровне моделей определен ряд протоколов, реализующих те или иные функции. Рассмотрим назначение протоколов и уровней на примере модели OSI. Физический уровень отвечает за согласование оборудования с физической средой передачи (кабелем или радиоканалом). Протоколы физического уровня описывают электрические, механические, функциональные и процедурные средства для активации, поддержки и деактивации физического соединения, обеспечивающего передачу битов данных от одного устройства другому. Канальный уровень отвечает за передачу данных между двумя устройствами, взаимодействующими непосредственно друг с другом. Протоколы канального уровня описывают способы обмена кадрами данных при обмене данными между устройствами через среду передачи данных. Сетевой уровень формирует сетевую адресацию и отвечает за перемещение данных через сеть. Протоколы сетевого уровня предоставляют функции для обмена данными по сети между указанными в адресах оконечными устройствами. Транспортный уровень контролирует передачу данных через сеть. Он определяет сервисы для сегментации, передачи и сборки данных для отдельных коммуникаций между оконечными устройствами. Сеансовый уровень отвечает за организацию сеанса связи. Он выполняет функции по обеспечению диалога и управления обмена данными. 7

Глава 1. Информационная сеть организации

Уровень представления (презентации) обеспечивает преобразование данных от конкретного приложения к общему универсальному виду для дальнейшей их обработки нижележащими протоколами, и наоборот. Прикладной уровень обеспечивает прием данных от конкретного приложения (электронной почты, видеоконференции, базы данных и пр.) и содержит протоколы для обмена данными между приложениями и процессами. Таким образом, при передаче данных происходят прием информации уровнем приложения, перемещение данных по модели сверху вниз с соответствующей обработкой на каждом уровне и передача данных оборудованием физического уровня в виде сигналов в линию связи. По мере того как данные приложений передаются по стеку протоколов от уровня приложений до физического уровня, различные протоколы добавляют в них информацию на каждом из уровней. Рассмотрим это на примере (рис. 1.2).

Электронная почта

Данные

Данные Данные Данные Сегмент

Заголовок Данные сегмента

Заголовок кадра

Заголовок пакета

Заголовок Данные сегмента

Пакет

Заголовок пакета

Заголовок Данные Окончание кадра сегмента

Кадр

1100010101000101100101001010101001

Биты данных

Рис. 1.2. Протокольные блоки данных 8

1.1. Принципы организации информационных сетей

Допустим, пользователь передает сообщение электронной почты. Приложение на прикладном уровне – почтовая программа – принимает сообщение, оцифровывает его, после чего оно подвергается обработке презентационным и сеансовым уровнями. Транспортный уровень принимает данные от сеансового уровня (модель OSI)) или уровня приложений (модель TCP/IP) и проводит их разбиение на небольшие части. Каждая часть получает заголовок транспортного уровня со служебной информацией. Этот блок данных называют сегментом (se�ment). se�ment). ). Транспортный уровень передает сегменты сетевому уровню. Последний добавляет к сегменту свой заголовок, содержащий служебную информацию сетевого уровня (в том числе сетевые адреса). Этот блок данных называют пакетом (�acket). �acket). ). �атем пакеты поступают на канальный уровень. Данный уровень добавляет к пакету свой заголовок и хвостовик со своей служебной информацией. Этот блок данных называют кадром (�rame). Только после этого данные в виде кадров поступают на физический уровень и передаются в канал связи в виде сигналов. Этот процесс называют инкапсуляцией, а форму, которую принимает массив данных на каждом из уровней, – протокольным блоком данных (PDU). Каждый вид оборудования в информационной сети реализует определенные функции согласно сетевым моделям. Оконечное (пользовательское) оборудование сети (компьютеры, телефоны, видеокамеры и др.) реализует все семь уровней модели OSI. Узловое сетевое оборудование (маршрутизаторы) работает на трех нижних уровнях модели. Обычные сетевые коммутаторы (свичи), модемы работают на двух нижних уровнях. Концентраторы (хабы), повторители, все пассивное оборудование информационной сети (кабели, панели, телекоммуникационные розетки и пр.) используют на нижнем, физическом уровне.

адресация устройств в информационных сетях В настоящее время в обязанности работников, разворачивающих информационную сеть, часто входит подключение к сети различного оборудования. Это могут быть компьютеры, модемы, простые маршрутизаторы, точки беспроводного доступа и пр. При этом кроме физического подключения к сети специалисту необходимо выполнить базовые сетевые настройки оборудования. Для этого необходимо знать схему сетевой адресации и принципы ее использования. 9

Глава 1. Информационная сеть организации

Для обмена данными в сети устройству необходим сетевой адрес. Сегодня чаще всего это IP-адрес – логический сетевой адрес конкретного узла. Для обмена данными с другими устройствами, подключенными, например, к сети Интернет, необходим правильно настроенный IP-адрес. IP-адрес -адрес присваивают, как правило, сетевому интерфейсу. Обычно это сетевая интерфейсная плата, установленная в устройстве. Примерами пользовательских устройств с сетевыми интерфейсами могут служить рабочие станции, серверы, сетевые принтеры, IP-телефоны, маршрутизаторы (рис. 1.3). Иногда в серверах устанавливают несколько сетевых плат, у каждой из которых есть свой IP-адрес. -адрес. Одно устройство может иметь несколько IP-адресов, -адресов, например каждому интерфейсу маршрутизатора, обеспечивающего связь с другими сетями, присваивают свой IP-адрес. 192.168.5.100

Организация А 172.16.30.5

192.168.200.8 Интернет

Организация В 10.5.105.50

Рис. 1.3. Пример использования IP-адресов

В каждом отправленном по сети пакете данных есть IPадреса отправителя и получателя. Эта информация необходима сетевым устройствам для передачи адресату информации и передачи отправителю ответа. Рассмотрим структуру IP-адреса, определяемого интернетпротоколом версии 4 (IPv4). В настоящее время это наиболее распространенный в информационных сетях тип IP-адресов. 10

1.1. Принципы организации информационных сетей

IP-адрес протокола IPv4 представляет собой последовательность из 32 двоичных бит (единиц и нулей). По 32-битной схеме адресации можно создать более 4 млрд IP-адресов. -адресов. Однако человеку читать, записывать и запоминать IP-адреса -адреса в таком формате сложно. Поэтому 32 бит разбивают на четыре 8-битных группы, так называемые октеты. �атем каждый октет IP-адреса представляют в виде десятичного значения. Октеты разделяют точкой. Такую запись называют точечно-десятичной записью (нотацией). Например, IP-адрес: 11000000101010000000000101101010 будет представлен как: 192.168.1.106 Рассмотрим правило перевода IP-адреса из двоичной формы в десятичную (рис. 1.4). Каждый октет адреса состоит из 8 бит, где каждый бит имеет свое значение (у четырех групп из 8 бит один и тот же набор значений). �начение определяют возведением числа 2 в степень, соответствующую позиции данного бита в октете, от нулевой позиции до седьмой. Следовательно, значение крайнего правого бита в октете равно 1 (20 = 1), значения остальных (справа налево) – 2, 4, 8, 16, 32, 64 и 128. 2^7 2^6 2^5 2^4 2^3 2^2 2^1 2^0 128

64

32

16

8

4

2

1

1

1

1

1

0

1

0

1

1 BYTE / 1 Octet 128 + 64 + 32 + 16 + 0 + 4 + 0 + 1 245 Рис. 1.4. Правило перевода IP-адреса из двоичной формы в десятичную

Для того чтобы определить значение октета, нужно сложить значения позиций, где присутствует двоичная единица. Нулевые позиции в сложении не участвуют. Например, если все 8 бит имеют значение 0 (00000000), то значение октета равно 0. Если все 8 бит имеют значение 1 (11111111), то значение октета 255 (128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + + 1). Если значения 8 бит различны, например 11110101, значение октета равно 245 (128 + 64 + 32 + 16 + 4 + 1). Таким образом, значение каждого из четырех октетов находится в диапазоне от 0 до 255. Для обратного перевода используют различные методы. Один из них заключается в поэтапном сравнении десятичного числа со 11

Глава 1. Информационная сеть организации

значениями позиций, начиная со 128. Если число больше или равно значению позиции, то это дает 1 в соответствующем разряде, число уменьшают на значение позиции и сравнивают далее со значением следующей позиции. Если число меньше значения позиции, то это дает 0 в соответствующем разряде и число сравнивают далее со значением следующей позиции. Например, необходимо перевести число 172 в двоичную форму (рис. 1.5). Сначала определяем, больше ли 172 первого значения 128, – это дает нам 1 в старшем разряде. Уменьшаем 172 на 128, получаем 44. Сравниваем 44 со значением следующей позиции (64): 44 меньше, чем 64, – это дает нам 0 в следующем разряде. Далее сравниваем 44 со значением следующей позиции (32): 44 больше, чем 32, – это дает нам 1 в следующем разряде и т. д. 172 >= 128? No Yes

10000000

«1» в позиции «128»

172 – 128 = 44 44 >= 64?

No

44 >= 32?

No

Yes

Yes

10100000 «1» в позиции «32» 44 – 32 = 12 12 >= 16 Yes

No

12 >= 8?

No

Yes 10101000

«1» в позиции «8»

12 – 8 = 4 4 >= 4? Yes Перевод десятичного числа 172 в двоичное 10101100

No 10101100

«1» в позиции «4»

4–4=0 STOP

Рис. 1.5. Перевод числа 172 в двоичную форму

IP-адреса представляют собой иерархическую структуру. Для сетевой адресации это означает, что старшая (левая) часть 32битного числа идентифицирует сеть, а оставшиеся биты – узел или хост в данной сети. Ранее подключение сети Интернета было 12

1.1. Принципы организации информационных сетей

нужно всего нескольким организациям и сетям присваивали только первые 8 бит (первый октет) IP-адреса. Оставшиеся 24 бит использовали как адреса локальных узлов. Это имело смысл, если первоначально предполагалось, что в сеть Интернет будет выходить несколько крупных университетов, правительственных и военных организаций. Используя в сетевой части только 8 бит, можно создать 256 отдельных сетей, более чем по 16 млн узлов в каждой. Однако вскоре стало очевидно, что этого недостаточно. Для удовлетворения спроса потребовались дополнительные уникальные номера сетей. Для увеличения количества возможных сетей 32-битное адресное пространство было разделено на пять классов. В три из них (A, B и C) входят адреса, которые можно присвоить отдельным узлам или сетям. Остальные два класса (D D и E)) зарезервированы для многоадресных рассылок и экспериментов. После такого разделения количество доступных номеров сетей увеличилось от 256 до более чем 2 млн. Такой принцип разделения получил название полноклассового. Для того чтобы маршрутизаторам можно было легко определить, какое количество бит занимает адрес сети, класс сети определяют по значениям первых бит IP-адреса, -адреса, которые называют старшими. Если первый бит имеет значение 0, сеть относят к классу A и, следовательно, первый октет является номером сети (рис. 1.6). Это самые большие сети. Теоретически их количество равно 28 = 256, они могут содержать 224 = = 16 777 216 адресов. 8 бит Класс А:

24 бит

Сеть 0 0000001

Узел

Узел

Узел

hhhhhhhh

hhhhhhhh

hhhhhhhh

Значение первого бита равно 0 Рис. 1.6. Структура адреса класса А. Первый октет адреса принимает значения от 1 до 126 (в десятичной нотации)

Если же первый бит адреса имеет значение 1, маршрутизатор проверяет второй. Если его значение 0, сеть относят к классу B и маршрутизатор считает идентификатором сети первые 16 бит 13

Глава 1. Информационная сеть организации

(рис. 1.7). Это сети среднего размера. Они могут содержать 216 = = 65 536 адресов. 16 бит

16 бит Класс В:

Сеть 10 000000

Сеть

Узел

Узел

00000001

hhhhhhhh

hhhhhhhh

Значения первых двух битов равны 10 Рис. 1.7. Структура адреса класса В. Первый октет адреса принимает значения от 128 до 191 (в десятичной нотации)

Если первые три бита равны 110, то сеть относят к классу C. В адресах класса C идентификатором сети являются первые 24 бит, или три октета (рис. 1.8). 24 бит Класс С:

Сеть 110 00000

8 бит

Сеть

Сеть

Узел

00000000

00000001

hhhhhhhh

Значения первых трех битов равны 110 Рис. 1.8. Структура адреса класса C. Первый октет адреса принимает значения от 192 до 223 (в десятичной нотации)

В адресах класса D первые четыре бита равны 1110. IP-адреса этого класса используют в качестве адресов групповой рассылки (рис. 1.9). Многоадресный групповой идентификатор 28 бит

Класс D: 1110 0000

00000000

00000000

00000000

Значения первых четырех битов равны 1110 Рис. 1.9. Структура адреса класса D. Первый октет адреса принимает значения от 224 до 239 (в десятичной нотации)

Соответственно, в адресах класса Е первые пять битов принимают значение 11110. IP-адреса -адреса этого класса зарезервирова14

1.1. Принципы организации информационных сетей

ны для экспериментов и использования для специальных целей (рис. 1.10). Зарезервировано для использования в будущем 27 бит

Класс Е: 11110 000

00000000

00000000

00000000

Значения первых пяти битов равны 11110 Рис. 1.10. Структура адреса класса Е. Первый октет адреса принимает значения от 240 до 255 (в десятичной нотации)

В 80-е и 90-е гг. сети разрослись, многие организации подключили сотни и даже тысячи узлов. При этом возникли новые проблемы. Например, для организации с тысячами узлов достаточно сети класса B. Эти узлы редко размещались в одном и том же месте, поэтому по разным причинам (например, в целях безопасности) некоторые организации предпочли разделить свои отделы, т. е. разделить свои сети на подсети. При этом размеры сетей и их адреса стали отличаться от полноклассовых. В таком случае для определения, где в адресе сетевая часть, а где узловая, используют маску подсети. При настройке протокола IPv4 узлу присваивают не только IP-адрес, но и маску. Как и IP-адрес, маска состоит из 32 бит, но строгой последовательности: сначала единицы, затем нули. Маска определяет, какая часть IP-адреса -адреса относится к сети, а какая – к узлу. Она сравнивается с IP-адресом -адресом побитно, слева направо. Положение единиц в маске соответствует сетевой части адреса, а нулей – адресу узла. Рассмотрим сначала полноклассовые сети A, B и C. В адресах класса A сетевая часть состоит всего из одного октета, остальные отведены узлам. Маска подсети по умолчанию состоит из 8 единиц (255.0.0.0). В адресах класса B сетевая часть и адрес узла состоят из двух октетов. Выбранная по умолчанию маска подсети состоит из 16 единиц (255.255.0.0). В адресах класса C сетевая часть состоит из трех октетов, а адрес узла – из одного. Выбранная по умолчанию маска сети состоит из 24 единиц (255.255.255.0) (рис. 1.11). 15

Глава 1. Информационная сеть организации Классы IP-адресов Сетевая (С) Класс Диапазон Биты 1-го адреса 1-го октета октета (зеле- и узловая (десятич- ные биты не (У) части ное пред- меняются) адреса ставление) 00000000– с.у.у.у 1–127 А 01111111

Маска подсети по умолчанию (в двоичном и десятичном форматах) 255.0.0.0 11111111.00000000.00 000000.00000000

Число возможных сетей и узлов для каждой сети 126 сетей (2^7-2) 16 777 214 узлов для каждой сети (2^24-2)

В

128–191

10000000– с.с.у.у 10 1 1 1 1 1 1

255.255.0.0 16 382 сети (2^14-2) 11111111.11111111.000 65 534 узла для 00000.00000000 каждой сети (2^16-2)

С

192–223

11000000– с.с.с.у 110 1 1 1 1 1

255.255.255.0 11111111.11111111.11 111111.00000000

D

224–239

11100000– 1110 1 1 1 1

Е

240–255

11110000– 1111 1 1 1 1

2 097 150 сетей (2^21-2) 254 узла для каждой сети (2^8-2)

В качестве узла не для коммерческого использования

Рис. 1.11. Маски по умолчанию для полноклассовых сетей

Часто маску записывают в сокращенном виде – через наклонную черту в виде числа, соответствующего количеству единиц в маске. Например, маску 255.255.0.0 записывают в виде /16. Такое обозначение маски называют префиксом. Для того чтобы разделить сеть на подсети, необходимо в IPадресе выделить дополнительную адресную часть – для обозначения подсетей внутри полноклассовой сети. Для этого от узловой части адреса «заимствуют» необходимое количество бит для формирования адресации для подсетей. Вопрос о том, сколько битов отводится идентификатору подсети, требует серьезного планирования. При планировании подсетей нужно учитывать количество узлов в каждой подсети и количество подсетей. Например, из таблицы возможных подсетей в сети 192.168.1.0 (рис. 1.12) видно, как выбор количества битов в идентификаторе подсети s влияет на количество возможных подсетей и количество узлов в каждой из них. Из рисунка 1.12 видно, что, например, если «заимствовать» от узловой части адреса 2 бит, то можно сформировать 4 адреса для подсетей, если «заимствовать» 3 бит, то можно сформировать 8 подсетей и т. д. Рассмотрим методику деления сети на подсети на примерах. 16

1.1. Принципы организации информационных сетей

192.168.1.0 11000000 10101000 00000001 hhhhhhhh Идентификатор подсети (биты) 0 1 2 3 4 5 6

Идендефикатор узла (биты) 8 7 6 5 4 3 2

Число подсетей

Число узлов

Значения битов

1 2 4 8 16 32 64

254 126 62 30 14 6 2

hhhhhhhh shhhhhhh sshhhhhh ssshhhhh sssshhhh ssssshhh sssssshh

Рис. 1.12. Таблицы возможных подсетей для сети класса С

Пример 1. Разбить сеть 192.168.1.0 /24 на четыре равные подсети. Сеть С-класса с маской 255.255.255.0. 1. Определение новой маски. Для того чтобы сформировать 4 адреса для подсетей, необходимо «заимствовать» от узловой части адреса 2 бит. Таким образом, маска увеличивается с /24 до /26, что в десятичном виде дает маску 255.255.255.192: • номер «родительской» сети: 192.168.1.00000000 • маска «родительской» сети: 255.255.255.00000000 • маска для подсетей: 255.255.255.11000000  /26  255.255.255.192 2. Определение кратности подсетей. Для определения номеров сформированных подсетей легче всего определить их кратность, для чего от числа 256 необходимо отнять полученное число новой маски: 256 – 192 = 64. 3. Определение номеров подсетей. Номер первой подсети совпадает с номером «родительской» сети (но изменяется маска подсети!). Остальные номера получают изменением кратности в необходимом байте IP-адреса, в данном случае в четвертом (рис. 1.13, 1.14): • номер первой подсети: 192.168.1.0 /26 • номер второй подсети: 192.168.1.64 /26 • номер третьей подсети: 192.168.1.128 /26 • номер четвертой подсети: 192.168.1.192 /26 17

Глава 1. Информационная сеть организации

Сеть 1

Сеть 0

192.168.1.0 (/24) 255.255.255.0 (/26) 0 192.168.1.0 255.255.255.192

Сеть 2

Адрес: 11000000.10101000.00000001.00000000 Маска: 11 1 1 1 1 1 1.11111 1 1 1. 1 1 1 1 1111.00000000 Адрес: 11000000.10101000.00000001. 00 000000 Маска: 11111111.11111111.11111111. 11 000000

1 192.168.1.64 (/26) Адрес: 11000000.10101000.00000001. 01 000000 255.255.255.192 Маска: 11111111.11111111.11111111. 11 000000 2 192.168.1.128 (/26) 255.255.255.192

11000000.10101000.00000001. 10 000000 11111111.11111111.11111111. 11 000000 11000000.10101000.00000001. 11 000000 11111111.11111111.11111111. 11 000000

(/26) 3 192.168.1.192 255.255.255.192 «Заимствованы» 2 бит для обеспечения 4 подсетей Свободный адрес в данном примере

Цифра 1 в данных позициях в маске означает, что эти значения являются частью сетевого адреса Рис. 1.13. Деление сети класса С на четыре подсети Схема адресации: Пример 4-х сетей

Рис. 1.14. Схема адресации

Пример 2. Разбить сеть класса В 172.16.0.0 255.255.0.0 (/16) на подсети, содержащие 2000 узлов. 1. Определение новой маски. Для обеспечения нумерации 2000 узлов необходимо 11 бит (211 = 2048). Поэтому в узловой части оставляют 11 бит, а 5 бит может быть заимствовано для формирования 25 = 32 подсетей. Таким образом, маска увеличивается с /16 до /21, что в десятичном виде дает маску 255.255.248.0: 172.16.00000000.00000000 255.255.00000000.00000000 255.255.11111000.00000000 /21  255.255. 248 .0 2. Определение кратности подсетей: 256 – 248 = 8. 18

1.1. Принципы организации информационных сетей

3. Определение номеров подсетей: 172.16.0.0 /21 172.16.8.0 /21 172.16.16.0 /21 172.16.24.0 /21 …... 172.16.240.0 /21 172.16.248.0 /21 В рассмотренных примерах при делении сети на подсети получают фиксированное количество подсетей и одинаковое количество узлов в каждой из них. Однако часто это не всегда оптимальное решение. Если в организации есть сеть класса B с четырьмя подсетями и в некоторых из них всего несколько десятков узлов, то неиспользуемые IP-адреса -адреса просто пропадают. Для более эффективного использования IP-адресов -адресов была создана технология бесклассовой междоменной маршрутизации (CIDR). В режиме CIDR классы сетей не используют. Для создания подсетей в CIDR используют маски подсетей переменной длины (��S�). ��S�). ). Идентификатор сети не ограничен рамками октета. В сети с полноклассовой адресацией сеть, представленную IP-адресом 192.168.5.0, относят к классу С. Идентификатор сети должен состоять минимум из 24 бит, узлов не может быть больше 254. При использовании адресации CIDR,, которую иногда называют бесклассовой, количество битов в идентификаторе сети не регулируется ее классом. Можно создавать сети с адресным пространством 192.168.0.0 и номером сети, занимающим меньше 24 бит. Например, адрес 192.168.82.174 может являться частью сети, где первые 18 бит составляют идентификатор сети. Сеть, где находится данный узел, будет называться 192.168.64.0 /18, где /18 соответствует 18-битной маске подсети (255.255.192.0). С практической точки зрения ��S� позволяют иметь в рамках одной сети подсети разного размера (с разными масками), примерно соответствующего количеству находящихся в них узлов. Так, в приведенном выше примере 2 можно любую из 32 получившихся подсетей разбить на более мелкие с помощью еще большей маски. Например, увеличив маску на 3 бит, третью подсеть 172.16.16.0 /21 можно с помощью маски /24 разбить на 8 подсетей, в которых будет содержаться по 256 адресов. Адреса подсетей: 172.16.16.0 /24, 172.16.17.0 /24, 172.16.18.0 /24 и т. д. 19

Глава 1. Информационная сеть организации

�аметим, что количество адресов, доступных для использования в сети (подсети), на два меньше максимального. Это связано с тем, что первый адрес сетевого диапазона, являющийся сетевым, и последний, являющийся адресом широковещательной рассылки для данной сети, не могут назначаться ни одному узлу. Таким образом, при конфигурации устройства в информационной сети, работающей по протоколу IPv4, ему необходимо назначить сетевой адрес, маску подсети и в том случае, если устройству необходимо взаимодействовать с внешними сетями, например сетью Интернет, адрес шлюза – устройства, через которое осуществляют выход во внешнюю сеть. Как правило, адресом шлюза является IP-адрес адрес интерфейса маршрутизатора, к которому подключена сеть, содержащая данное устройство.

Управление сетевой адресацией: сетевые сервисы DHCP и NAT Одним из важных условий правильной работы информационных сетей и взаимодействия их друг с другом является правильно настроенная и согласованная сетевая адресация. Устройство не может работать в сети, если у него нет сетевого адреса или адрес неправильный. Поэтому первой задачей, которую должен решить администратор, является назначение устройствам сети IP-адресов. Список пользователей локальной сети может быть очень большим, более того, в нем могут происходить изменения: появление новых пользователей с новыми рабочими станциями, перемещение компьютеров из одной сети в другую и т. д. Для того чтобы каждой станции не приходилось вручную присваивать IP-адреса, проще всего это сделать автоматически. Для этого используют протокол динамической конфигурации хостов – Dynamic Host Con�i�uration Protocol (DHCP). DHCP предусматривает механизм автоматического присвоения сетевой информации клиенту: IP-адреса, маски подсети, основного шлюза, сервера DNS и других настроек. Применение DHCP для клиентских компьютеров имеет определенные преимущества. Во-первых, он облегчает работу специалистов службы поддержки и практически устраняет возможность ошибки. Во-вторых, сетевые адреса присваивают узлам временно. Если узел выключается, его адрес возвращается в пул для по20

1.1. Принципы организации информационных сетей

вторного использования. Это особенно полезно для мобильных пользователей. Однако для сетевых устройств (маршрутизаторов, коммутаторов, серверов, сетевых принтеров) назначать сетевые настройки необходимо вручную (статически). Для получения сетевой информации от сервера DHCP на клиентском устройстве (компьютере, смартфоне, планшете) в настройках протокола IP необходимо указать Получать IP-адрес автоматически (рис. 1.15).

Рис. 1.15. Настройка автоматического получения IP-адреса

В этом случае при подключении к сети клиентское устройство производит поиск локального сервера DHCP, чтобы запросить у него IP-конфигурацию. В качестве серверов DHCP могут выступать самые разные сетевые устройства, при условии, что на них установлено служебное ПО сервера DHCP. В корпоративных сетях сервер DHCP – это маршрутизатор или локально выделенный сервер. Во многих домашних сетях и сетях малых предприятий для подключения к поставщику услуг сети Интернет используют интегрированное устройство, например модем-маршрутизатор. Такое устройство может одновременно выступать в качестве клиента и сервера DHCP. В качестве клиента он получает настройки IP от поставщика услуг сети Интернет, а как сервер DHCP назначает их внутренним узлам локальной сети (рис. 1.16). 21

Глава 1. Информационная сеть организации

Интернет Единичный домашний ПК

ISP 1

Сервер DHCP маршрутизатора

ISP 2

Сервер DHCP поставщика услуг интернета ISP 3

Домашняя сеть / сеть малого предприятия

DHCP-клиент Корпоративная сеть Сервер DHCP

Локальный сервер DHCP DHCPклиенты

DHCP-клиенты Рис. 1.16. Использование серверов DHCP

Взаимодействие между клиентом и сервером DHCP происходит следующим образом. Клиент, которому нужен IP-адрес, посылает сообщение о поиске сервера DHCP в виде широковещательной рассылки DHCP Discover. Это сообщение получают все узлы в сети, но ответит только сервер DHCP. Он отправляет клиенту предложение с сетевыми настройками DHCP O��er. Узел в ответ посылает на сервер DHCP-запрос с подтверждением использования данных настроек DHCP Request. Сервер присылает уведомление о присвоении сетевых параметров DHCP Acknowled�e (рис. 1.17). DHCP-клиент

DHCP Discover

DHCP-сервер

DHCP Offer DHCP Request DHCP Acknowledge Рис. 1.17. Взаимодействие между клиентом и сервером DHCP 22

1.1. Принципы организации информационных сетей

Для настройки DHCP сервера на устройстве с использованием служебного ПО чаще всего администратору предлагается интуитивно понятный графический интерфейс, что взначительно облегчает конфигурацию. Рассмотрим методику настройки сервиса DHCP. Для этого необходимо выполнить следующие действия: • шаг 1. Определение пула адресов, которые будут назначаться службой DHCP. �адается диапазоном IP-адресов, -адресов, которые будут назначаться клиентам сети. В некоторых случаях допускается существование более одного пула адресов; • шаг 2. Исключение из пула определенных IP-адресов. Из пула IP-адресов адресов исключают адреса, которые не должны назначаться динамически, например адреса шлюза и сетевых устройств. Указывают одиночные адреса или диапазон адресов; • шаг 3. �адание шлюза по умолчанию. Клиентам DHCP сообщают адрес их шлюза; • шаг 4. Указание доменного имени (опционально). Для функционирования некоторых служб клиенту необходимо иметь доменное имя. Для работы протокола DHCP это не обязательно; • шаг 5. �адание IP-адреса сервера DNS (опционально). Для работы службы наименования доменов клиенту необходимо знать адрес сервера DNS; • шаг 6. Указание периода аренды сетевых настроек (опционально). По умолчанию период аренды сетевых настроек составляет 1 сут. Если клиент не возобновляет аренду данного адреса, то по истечении срока аренды DHCP сервер может назначить этот адрес любому другому узлу. Период аренды можно изменять. Сервис DHCP, как правило, встраивают в интегрированные модемы-маршрутизаторы, точки беспроводного доступа и активируют по умолчанию. Использование сетевой трансляции адресов (NAT и PAT ). При построении локальных сетей организаций администраторы, как правило, используют IP-адресацию из частных диапазонов (рис. 1.18), разрешенную к использованию без регистрации. Однако компьютер, имеющий такой адрес, не может выходить в общедоступную сеть Интернет. Для этого его частный IP-адрес должен быть заменен публичным. В таком случае применяют процедуру сетевой трансляции – Network Address Translation (NAT). 23

Глава 1. Информационная сеть организации

Рис. 1.18. Диапазоны частных IP-адресов

Сетевую трансляцию выполняют на специально выделенных для этой цели серверах или маршрутизаторах. Чаще всего технология NAT преобразует внутренние частные адреса в один или несколько публичных адресов для маршрутизации в сети Интернет. NAT-устройство меняет исходный частный IP-адрес внутри каждого пакета на публично зарегистрированный IP-адрес -адрес и делает в своей памяти соответствующую запись. С этим адресом пакет передается в сеть Интернет. При получении ответного пакета NAT-устройство выполняет обратную трансляцию, согласно записям в своей памяти. При сетевой трансляции (рис. 1.19) используют следующую терминологию для IP-адресов: • Inside �ocal (внутренний локальный) – частный адрес устройства внутренней сети, подлежащий трансляции; • Inside Global (внутренний глобальный) – публичный адрес, присвоенный устройству внутренней сети. Внутренний глобальный адрес иногда используют как адрес внешнего интерфейса пограничного маршрутизатора; • Outside Global (внешний глобальный) – публичный адрес устройства адресата; • Outside �ocal (внешний локальный) – частный адрес устройства адресата в его сети. Поскольку чаще всего клиенты сети обращаются к публичным серверам сети Интернет, то в этом случае адреса Outside Global и Outside �ocal совпадают. Преобразование NAT может быть статическим или динамическим. Статический NAT сопоставляет один внутренний локальный адрес с конкретным внутренним глобальным (публичным) адресом. Это сопоставление позволяет всегда связывать определенный внутренний локальный адрес с одним и тем же публичным адресом. Такое преобразование гарантирует, что устройства из сети Интернет всегда получают доступ к определенному устройству внутри сети (и наоборот). Таким способом 24

1.1. Принципы организации информационных сетей

преобразуют адреса, например, для веб-серверов или файловых серверов организаций.

Сеть организации

Маршрутизатор с функцией NAT. Трансляция внутренних адресов в адрес 209.165.200.226 SA 209.165.200.226

192.168.10.10

Веб-сервер 209.165.201.1 Рис. 1.19. Пример сетевой трансляции

Динамический NAT использует набор (пул) публичных интернет-адресов и назначает их внутренним адресам. Динамическое преобразование назначает внутреннему устройству любой доступный IP-адрес из пула. Этот узел использует назначенный глобальный IP-адрес на протяжении всего сеанса. По завершении сеанса глобальный адрес возвращается в пул и может использоваться другим узлом. Таким образом, количество одновременно работающих с сетью Интернет узлов равняется количеству публичных IP-адресов в пуле. Однако часто количество устройств локальной сети превышает количество доступных публичных IP-адресов. Для того чтобы преодолеть ограничение NAT, в современных сетях используют порт-адресную трансляцию – РАТ, которую называют NAT с перегрузкой. PAT динамически преобразует множество внутренних локальных IP-адресов в один публичный адрес. Отправляя сообщение, узел использует сочетание своего IP-адреса -адреса и номера порта и, таким образом, отслеживает каждый отдельный сеанс связи. При использовании PAT шлюз преобразует сочетание локального адреса и номера порта источника в глобальный IP-адрес и уникальный номер порта, значение которого превышает 1024 (рис. 1.20): 192.168.10.10:1555  209.165.200.226:1555 25

Глава 1. Информационная сеть организации Intside Outside 192.168.10.10

209.165.201.1 Интернет

209.165.202.129

192.168.10.11

Рис. 1.20. Пример сетевой трансляции

При настройке сетевой трансляции администратору необходимо решить несколько задач: • определить, для каких внутренних узлов необходимо статическое, а для каких динамическое преобразование; • определить, какие интерфейсы являются источником внутреннего трафика (они будут внутренними интерфейсами); • определить, какой интерфейс передает трафик в сеть Интернет (он будет внешним интерфейсом); • определить доступные публичные адреса. Функции NAT/PAT можно эффективно использовать как в корпоративных, так и в домашних сетях. Сервис NAT/PAT, как правило, встраивается в интегрированные модемы-маршрутизаторы, точки беспроводного доступа и активируется по умолчанию.

1.2. ОСНОВНыЕ СВЕДЕНИЯ О СТРУкТУРИРОВаННыХ кабЕЛЬНыХ СИСТЕМаХ Основой любой сети передачи данных, видео или голоса является кабельная система (КС). Кабельная система – это система, элементами которой являются кабели и компоненты, которые связаны с кабелем. К таким компонентам относят все пассивное коммутационное оборудование, служащее для соединения или физического окончания (терминирования) кабеля: телекоммуникационные розетки, кроссо26

1.2. Основные сведения о структурированных кабельных системах

вые и коммутационные панели (патч-панели), муфты, адаптеры и сплайсы. Считалось, что современная КС в первую очередь должна обеспечивать функционирование с максимальной производительностью компьютерных сетей. Однако в настоящее время к ним добавились и другие технологические сети: видеонаблюдение, IP-телефония, различные виды сигнализации и др. Это привело к постоянному возрастанию требований к среде передачи данных. Организации все в большей степени зависят от информационного обеспечения, и любые перебои в работе информационной сети могут повлечь большие материальные потери. Правильная организация кабельной системы определяет эффективность и надежность функционирования как компьютерных сетей, так и всей информационной системы компании в целом. Построение КС организации осуществляют по мере необходимости внедрения тех или иных технологий. Сначала, например, прокладывают телефонную сеть, затем компьютерную. Через какое-то время внедряют систему видеонаблюдения и т. д. Такая КС считается неструктурированной. Очевидно, что неструктурированная КС может строиться быстрее (по частям), но впоследствии ее гораздо сложнее модернизировать. Кабельная проводка для локальных сетей и телефонии обычно сохраняется без переоборудования примерно 3–5 лет. Кроме сложности и дороговизны внесения изменений, такой КС свойственны малая надежность и высокая зависимость от применяемой сетевой технологии. Вместе с тем приходит понимание, что КС здания позволяет соединять между собой практически любые радиоэлектронные системы и тем самым становится основой всей телекоммуникационной инфраструктуры. КС являются такими же неотъемлемыми системами здания, как сеть электропитания, водопровод, канализация. Правильная организация КС становится одним из ключевых моментов создания интеллектуальных систем здания и во многом определяет надежность функционирования всех служб и подразделений организации. Поэтому структурированную кабельную систему (СКС) строят основательно, как любое долговременное сооружение. В нее закладывают структурную избыточность, предусматривающую достаточное количество рабочих мест, возможность перемещения оборудования и персонала. Избыточность СКС требует дополнительного количества кросс-панелей, розеток, кабеля. Однако до27

Глава 1. Информационная сеть организации

полнительные капитальные затраты, необходимые для создания СКС, быстро окупаются в процессе ее эксплуатации. Структурированная кабельная система – это законченная совокупность кабелей связи и коммутационного оборудования, отвечающая требованиям соответствующих нормативных документов. Кроме набора кабелей и коммутационных элементов, она включает и методику их совместного использования, позволяющую создавать регулярные расширяемые структуры связей в локальных сетях различного назначения. СКС в соответствии с принципами их построения имеют: • стандартизованную структуру и топологию; • стандартизованные компоненты (коммутационные устройства, кабели, разъемы и др.); • стандартизованные электромагнитные характеристики линий и каналов связи, относящиеся к СКС (затухание и задержка сигналов, полоса частот и др.); • стандартизованные методы управления. В связи с этим СКС приобретают по сравнению с неструктурированными системами ряд существенных преимуществ: 1) универсальность. Это преимущество заключается в том, что одни и те же кабели и разъемы могут быть использованы для соединения между собой разных блоков различных радиоэлектронных систем: компьютерной сети, беспроводной сети, телевидения, телефонной связи, охранной сигнализации и др; 2) гибкость. Позволяет легко изменять конфигурацию и физическую топологию кабельной системы путем простого и быстрого переключения коммутационных шнуров на кроссовом оборудовании при изменении организационной структуры компании, передислокации сотрудников и подразделений, смены оборудования; 3) низкие трудозатраты при эксплуатации. Данное преимущество вытекает из того, что эксплуатацию СКС осуществляют не отдельные специалисты по кабельным проводкам телефонных, охранных, компьютерных и иных систем, а немногочисленный специальный персонал, которому не нужно заниматься перекладкой кабелей и перестановкой розеток. Расширение сети и внедрение нового оборудования осуществляют за счет избыточности системы, заложенной при ее монтаже; 4) экономическая эффективность владения. Данное преимущество не так очевидно, как предыдущие. Вместе с тем российский автор П.А. Самарский привел пример временных трудоза28

1.2. Основные сведения о структурированных кабельных системах

трат, затрат на строительство и на эксплуатацию СКС по сравнению с неструктурированной системой в пятиэтажном здании с офисной площадью 9294 м2 при наличии 850 рабочих мест. Так, СКС позволяет снизить затраты на строительство на 14 %, на эксплуатацию сети – на 34 % и на временные трудозатраты – на 49 % при эксплуатации здания в течение срока его жизни. Основным стандартом, регулирующим правила построения СКС, является международный стандарт ISO/IEC /IEC IEC 11801-2017, принятый в ноябре 2017 г. Международной электротехнической комиссией ISO/IEC. /IEC. IEC.. Кроме того, проектировщики сетей часто используют национальные стандарты TIA/EIA 568B (американский стандарт) и CENE�EC EN 50173-2007 (европейский стандарт). СКС проектируют и строят исходя из определенного ряда функциональных компонентов. В стандарте ISO/IEC 11801-2017, например, определены четыре вида таких компонентов: • кабели (электрические и оптические); • распределительные устройства (кроссовые блоки и коммутационные патч-панели); • разъемы телекоммуникационного оборудования (адаптеры, розетки, соединители); • информационные соединители (адаптеры, розетки (ИР), вилки); • точки консолидации (ТК). Другие компоненты, которые могут потребоваться для построения реальной КС (телекоммуникационные шкафы, стойки, кабельные каналы, лотки и др.), относят к дополнительным изделиям (в стандарте не определены). СКС представляет собой иерархическую КС здания или группы зданий, в основу которой положена древовидная топология, иногда называемая также структурой иерархической звезды, в соответствии с которой построены все СКС (стандарт ISO/IEC 11801–2002, действовавший до 2018 г.) (рис. 1.21). Опорными точками этой структуры являются распределительные узлы (РУ): распределительный узел предприятия (РУП), распределительный узел здания (РУ�), распределительный узел этажа (РУЭ), которые соединяют друг с другом и с рабочими местами электрическими и оптическими кабелями. Все кабели, входящие в РУ, обязательно заводятся на кроссовое коммутационное оборудование, на котором осуществляют переключения в процессе текущей эксплуатации КС. 29

Глава 1. Информационная сеть организации РУП

РУЗ-2

РУЗ-1

РУЭ 1.2

РУЭ 1.1

ТК ИР

ИР

РУЭ 2.1

ТК

ТК

ИР

РУЭ 2.2

ИР

ИР

ИР

ТК

ИР

ИР

Рис. 1.21. Обобщенная структурная схема СКС

Как правило, в СКС используют одно РУ для организации, одно – на здание и одно – на этаж. Однако, если здание или этаж имеют значительные размеры, то может понадобиться несколько РУ� или несколько РУЭ. Рекомендации по расположению РУ приведены в стандарте ISO/IEC TR 14763-2–2012. В качестве дополнительных связей, увеличивающих гибкость и живучесть системы, допускается прокладка внешних магистральных кабелей между РУ� и внутренних магистральных кабелей между РУЭ. Исходя из данной иерархической структуры в СКС принято выделять следующие структурные подсистемы (рис. 1.22): • магистральную подсистему предприятия (МПП); • магистральную подсистему здания (МП�); • горизонтальную подсистему (ГП). МПП (первичная подсистема) состоит из магистральных кабелей между РУП и РУ�, коммутационного оборудования в РУП и РУ�, к которому подключают магистральные кабели, и коммутационные шнуры и/или перемычки в РУП. МПП является основой для построения сети связи между компактно расположенными на одной территории зданиями. Если СКС устанав30

1.2. Основные сведения о структурированных кабельных системах

ливают автономно только в одном здании, то МПП может отсутствовать. Активное Шнур оборудование оборудования

Кроссовое оборудование

Шнур коммутационный Терминальное оборудование РУЭ

РУЗ

РУП

ТК

МПП

МПЗ

ИР

ГП

Шнур рабочего места

Рис. 1.22. Структурные подсистемы СКС

МПЗ (вторичная подсистема), называемая также вертикальной, содержит проложенные между РУ� и РУЭ внутренние магистральные кабели, подключенное к ним коммутационное оборудование в РУ� и РУЭ, а также коммутационные шнуры и/или перемычки в РУ�. Кабели рассматриваемой подсистемы связывают между собой отдельные этажи здания и/или разнесенные удаленно однотипные помещения в пределах одного здания. Если СКС обслуживает один этаж, то МП� может отсутствовать. ГП (третичная подсистема) образована внутренними кабелями между РУЭ и ИР рабочих мест, самими ИР, коммутационным оборудованием в РУЭ, к которому подключают горизонтальные кабели, и коммутационными шнурами и/или перемычками в РУЭ. В составе горизонтальной проводки допускается использование одной точки консолидации, в которой происходит изменение типа прокладываемого кабеля (например, переход на плоский кабель для прокладки под ковровым покрытием с эквивалентными передаточными характеристиками). В новой редакции стандарта ISO/IEC 11801–2017 для обеспечения большей гибкости число подсистем в СКС увеличено с трех до четырех. В базовом стандарте ISO/IEC 11801-1–2017 кабельные подсистемы и соответствующие распределительные узлы не названы, а только пронумерованы (см. таблицу). 31

Глава 1. Информационная сеть организации

Подсистемы СКС согласно стандарту ISO/IEC ISO/IEC 11801-1–2002

ISO/IEC 11801-1–2017

Горизонтальная подсистема, распределительный узел этажа

Кабельная подсистема 1, распределительный узел 1

Магистральная подсистема здания, распределительный узел здания

Кабельная подсистема 2, распределительный узел 2

Магистральная подсистема организации, распределительный узел организации

Кабельная подсистема 3, распределительный узел 3 Кабельная подсистема 4, распределительный узел 4

Названия конкретных подсистем определяются соответствующими подстандартами серии ISO/IEC 11801 для каждого типа зданий и помещений: • ฀ISO/IEC 11801-2. Часть 2: Офисные помещения; • ฀ISO/IEC 11801-3. Часть 3: Промышленные помещения; • ฀ISO/IEC 11801-4. Часть 4: Дома; • ฀ISO/IEC 11801-5. Часть 5: Центры обработки данных; • ฀ISO/IEC 11801-6. Часть 6: Распределенные системы здания. Подстандарты определяют структуру и минимальную конфигурацию кабельных систем, требования к характеристикам каналов, линий, разъемов, требования к монтажу, соответствия процедурам тестирования. Для РУП и РУ� (распределительных узлов 2, 3, 4), как правило, выделяют отдельные помещения, поскольку кроме пассивного кроссового оборудования там часто располагают различное активное сетевое оборудование: серверы, маршрутизаторы и коммутаторы локальной вычислительной сети (ЛВС), системы киберзащиты, телефонные станции и др. Такие помещения называют серверной, аппаратной, узлом связи. Их оборудуют фальшполами, системами пожаротушения, кондиционирования и контроля доступа. Сетевое оборудование в них, как правило, подключают непосредственно к пассивному коммутационному оборудованию СКС (см. рис. 1.22). В подавляющем большинстве случаев подключение к СКС сетевого и терминального оборудования производят с помощью коммутационного шнура (патчкорда). В отдельных ситуациях кроме шнура может понадобиться адаптер, обеспечивающий согласование сигнальных и механических параметров оптических или электрических интерфейсов СКС и сетевого оборудования. 32

1.2. Основные сведения о структурированных кабельных системах

В некоторых случаях из соображений удобства проектирования и эксплуатации сетевые администраторы используют дробление СКС на более мелкие отдельные подсистемы. Так, например, элементы подключения активного сетевого оборудования к СКС в РУ могут выделять в отдельную административную подсистему или выделять подсистему рабочего места, которая обеспечивает подключение сетевого оборудования на рабочих местах. Применяемое для реализации таких подсистем оборудование зависит от конкретного приложения и реализуемого функционала. Они не является частью СКС и выходят за рамки действия стандартов ISO/IEC 11801–2017 и TIA/EIA 568В, хотя в стандартах и указаны определенные ограничения параметров таких подсистем. Кроме того, в стандарте ISO/IEC 11801–2017 приведены определенные требования к функциональным компонентам СКС. Расположение РУ должно быть таким, чтобы обеспечить минимальную длину коммутационных шнуров и перемычек, а также шнуров оборудования. Особенно это требование важно в РУЭ (распределительных узлах типа 1). Минимальная длина должна сохраняться на протяжении всего периода эксплуатации СКС. Например, в горизонтальной подсистеме (кабельной подсистеме 1), построенной на основе симметричного медного кабеля, длина каналов не должны превышать 100 м, а в каналах, объединяющих четыре подсистемы СКС (МПП + МП� + ГП) – 2000 м. ТК может быть эффективной в помещении, где существует вероятность перемещения ИР при изменении расположения рабочих мест. При использовании ТК необходимо учитывать следующие требования стандарта: • между ИР и РУЭ должна быть только одна ТК; • ТК не следует использовать для кросс-соединений; • ТК должна содержать только пассивное соединительное оборудование; • ТК надо располагать таким образом, чтобы одна группа рабочих мест обслуживалась по крайней мере одной ТК; • ТК должна обслуживать не более 12 рабочих мест; • длина симметричного стационарного электрического кабеля горизонтальной подсистемы от РУЭ до ТК должна быть не менее 15 м; • ТК следует располагать на стационарных несущих стенах и колоннах здания в местах, легко доступных для пользователя. 33

Глава 1. Информационная сеть организации

ИР являются устройствами, на которых происходит терминирование кабелей горизонтальной подсистемы СКС, проложенных к рабочему месту. Они обеспечивают возможность подключения шнуров рабочего места и, соответственно, терминального оборудования. Стандарт ISO/IEC /IEC IEC 11801–2017 рекомендует устанавливать розетки повсеместно на полезной площади этажа и с максимально возможной плотностью. Это обеспечивает гибкость СКС к любым изменениям дислокации рабочих мест. В стандарте установлены следующие общие требования к ИР: • отдельное рабочее место должно обслуживаться минимум двумя ИР. При этом одна ИР должна обеспечивать присоединение 4-парного кабеля по технологии IDC (Insulation Dis�lacement Connection), ), а вторая – присоединение либо двух оптических волокон, либо второго 4-парного кабеля по технологии IDC; • площадь индивидуального рабочего места определяют в соответствии со стандартом ISO/IEC TR 14763-2-1–2012; • каждая ИР должна иметь стационарную метку, которая видна пользователю и содержит идентификатор и иную полезную информацию; • устройства инженерных систем (согласующие адаптеры, трансформаторы, переходники и т. п.) должны быть внешними по отношению к ИР (т. е. недопустимо их размещение и подключение, например, внутри кабельного канала до ИР). Принципиальной особенностью любой СКС является то, что коммутацию, в отличие от электронных автоматических телефонных станций (АТС) и сетевого оборудования ЛВС, всегда производят вручную с помощью коммутационных шнуров и / или перемычек, т. е. функционирование СКС принципиально не зависит от состояния электропитающей сети. Использование в составе СКС элементов электронной или электромеханической коммутации в настоящее время считают неоправданным с экономической и технической точек зрения. Одним из способов повышения технико-экономической эффективности КС является минимизация типов кабелей. Для построения СКС применяют следующие кабели: • симметричные электрические кабели на основе витой пары, подразделяемые на восемь категорий; • коаксильные кабели для вещательных коммуникационных технологий; • одно- и многомодовые оптические кабели. 34

1.2. Основные сведения о структурированных кабельных системах

Электрические кабели применяют в основном для использования в ГП (кабельной подсистеме 1). По ним передают телефонные сигналы и низкоскоростные данные, также допускается передача данных высокоскоростных приложений. Применение оптических кабелей в ГП (кабельной подсистеме 1) в настоящее время встречается достаточно редко. В МП� (кабельной подсистеме 2) электрические и оптические кабели применяют одинаково часто. При этом электрические кабели предназначены для передачи главным образом телефонных сигналов и данных с тактовыми частотами до 1 МГц, тогда как оптические кабели обеспечивают передачу данных высокоскоростных приложений и на линиях с агрегацией каналов. В МПП (кабельных подсистемах 3 и 4) оптические кабели играют доминирующую роль. Использование различных типов кабелей при построении информационной кабельной сети организации будет подробно рассмотрено далее.

Контрольные вопросы и задания

1. В чем различие моделей протоколов OSI и TCP/IP? Опишите уровни этих моделей. 2. Опишите процедуру инкапсуляции данных согласно модели протоколов OSI при их преобразовании в терминальном оборудовании. 3. Приведите двоичное число 11001010 в десятичной форме. 4. Приведите десятичное число 195 в двоичной форме. 5. Опишите полноклассовую иерархию адресов согласно протоколу IPv4. 6. Как разделить сеть класса А на 512 подсетей? 7. Опишите принцип взаимодействия компьютера локальной сети с DHCP-сервером. 8. Как осуществляют настройку сервиса DHCP в локальной сети? 9. Опишите принцип работы устройства сетевой трансляции адресов. 10. Для чего используют частную IP-адресацию? Как компьютеры с частным IP-адресом подключают к сети Интернет? 11. Перечислите и дайте краткую характеристику функциональным компонентам СКС согласно стандарту ISO/IEC 11801–2017. 12. Перечислите и дайте краткую характеристику основным подсистемам СКС. 13. Охарактеризуйте функциональный элемент СКС «информационная розетка». 35

ГЛаВа 2. ПРИМЕНЕНИЕ МЕДНыХ кабЕЛЕй В ИНФОРМаЦИОННыХ кабЕЛЬНыХ СЕТЯХ 2.1. РазВИТИЕ кабЕЛЬНыХ СИСТЕМ СЕТЕй СВЯзИ Медные кабели используют в сетях связи очень давно. Их применение обусловлено относительно невысокой стоимостью, простотой монтажа и низким электрическим сопротивлением. История развития кабельных систем в информационных сетях в основном была связана с решением задачи увеличения скорости и объема информации, передаваемой по проводному каналу связи. Объем передаваемой информации в свою очередь определяется полосой пропускания кабельной системы. Известно, что достижимая скорость передачи информации и ее объем тем выше, чем выше частота колебаний несущего сигнала. Например, для того чтобы передать в закодированном виде любую букву алфавита, необходимо использовать 7–8 бит. Таким образом, если для передачи текстовой информации применять канал связи с частотой 20 кГц, то книгу в 400–500 страниц можно будет передать примерно за 2 ч. При увеличении частоты до 32 МГц на передачу того же объема информации потребуется лишь 2–3 с. Данные по медным кабелям передаются в виде электрических импульсов. Для успешной передачи приемное устройство в пункте назначения должно получить такой сигнал, который можно легко декодировать для восстановления исходного сигнала. Однако, чем больше дальность передачи сигнала и выше скорость передачи, тем сильнее он искажается, что обусловлено различными факторами, в том числе затуханием сигнала. Поэто36

2.1. Развитие кабельных систем сетей связи

му для всех средств связи на основе медных кабелей в стандартах установлены строгие ограничения на дальность передачи. �начительное влияние на передачу электрических сигналов по проводным линиям оказывают также различные помеховые воздействия: • электромагнитные помехи (ЭМП) или радиочастотные помехи (РЧП). Потенциальными генераторами ЭМП и РЧП являются источники стороннего радиочастотного излучения и электромагнитные устройства, например флуоресцентные лампы или электродвигатели. Сигналы ЭМП и РЧП могут искажать и нарушать сигналы данных, передаваемых по медному кабелю. Для защиты от вредного влияния ЭМП и РЧП в медных кабелях стали применять оборачивание проводников металлической экранирующей оболочкой, которая может быть сплошной или в виде оплетки. Для эффективной работы экрана такие кабели требуют надлежащего заземления; • переходные помехи, т. е. помехи, вызванные воздействием электрических и магнитных полей сигнала одного кабеля на сигнал соседнего кабеля или сигнала одной пары проводников на сигнал другой пары в одном кабеле. Например, в телефонных каналах переходные помехи могут приводить к частичной слышимости постороннего разговора по соседнему каналу. Причина этого в том, что при прохождении электрического тока по проводу вокруг него создается слабое электромагнитное поле, которое может воздействовать на соседний провод, вызывая в нем наведенные токи. Для обеспечения эффективного подавления переходных помех в современных типах медных кабелей используют скрутку проводов в каждой паре между собой, а также каждой пары друг с другом. �ащищенность медного кабеля от названных помех можно также повысить за счет следующих мер: • выбора типа и категории кабеля, наиболее подходящих для данного сетевого окружения; • проектирования кабельной инфраструктуры здания с обходом известных и потенциальных источников помех; • соблюдения правил прокладки и подключения кабелей при монтаже. Благодаря развитию технологических решений и методов изготовления медных кабелей в настоящее время для создания 37

Глава 2. Применение медных кабелей в информационных кабельных сетях

кабельной инфраструктуры информационных сетей используют, как правило, два вида кабелей: • коаксиальный кабель двух типов: тонкий и толстый; • кабель «витая пара» двух основных типов: неэкранированная (UTP) и экранированная витая пара (STP). Различные стандарты физического уровня требуют использования с кабелями соответствующих разъемов, определяя физические размеры и допустимые электрические характеристики каждого типа разъемов. В средствах сетевого подключения для обеспечения простого подключения и отключения используют модульные или фиксированные гнезда и штекеры. При этом физические разъемы одного типа можно использовать для нескольких типов подключений. Например, коннектор RJ-45 ISO / IEC 8877–1992 используют для множества спецификаций физического уровня в локальных сетях с одним типом средств подключения, а в некоторых глобальных сетях – с другим типом. В целом же выбор определенного типа кабеля зависит от задач, которые необходимо решить при передаче заданного типа и объема трафика в информационной сети.

2.2. ПРИМЕНЕНИЕ кОакСИаЛЬНОГО кабЕЛЯ В ИНФОРМаЦИОННыХ СЕТЯХ В настоящее время использование коаксиального кабеля в информационных сетях достаточно ограничено. Тем не менее, общее представление о нем желательно иметь. Во-первых, некоторые технологии, например телевидение, до сих пор используют коаксиальный кабель. Во-вторых, исторически развитие локальных сетей связано именно с коаксиалом. Первые сети Ethernet были построены по стандарту 10BASE-5, использующему в качестве среды передачи данных толстый коаксиальный кабель. Однако эксплуатировать его в локальной сети оказалось не слишком удобно, и практически сразу появился более простой и дешевый вариант 10BASE-2, использующий тонкий коаксиальный кабель. Преимущества коаксиального кабеля заключаются в его эффективном экранировании, что позволяет прокладывать его на большие расстояния (с использованием повторителей) и исключает помехи, а также в высокой прочности, которая уменьшает риск 38

2.2. Применение коаксиального кабеля в информационных сетях

механического повреждения кабеля. Кроме того, коаксиальный кабель легко монтировать – присоединять штекеры, двойники и другие детали можно обыкновенным ручным инструментом. Коаксиальный сетевой кабель (рис. 2.1) состоит из центральной жилы – цельного медного (в редких случаях многожильного или выполненного из сплава, например меди с серебром) проводника, расположенного в сердцевине кабеля, который помещен в толстую изоляцию – диэлектрик (обычно вспененный полиэтилен). Поверх изоляции расположено плетение так называемого внешнего проводника, который состоит из меди, ее сплава или алюминия. Оно также играет роль экрана. При этом могут быть разновидности кабеля с двойным экраном, когда одно плетение отделено от другого дополнительным тонким слоем изоляции.

а Центральный проводник (Center Conductor)

б

Диэлектрик Оплетка (Braid) (Dielectric)

Внешняя оболочка (Outer Jacket)

Изолирующая пленка (Foil)

Рис. 2.1. Конструкция коаксиального кабеля: а – тонкий (thin) коаксильный кабель; б – толстый (thick) коаксильный кабель

Кабель покрыт внешней защитной оболочкой, выполненной в основном из полиэтилена или поливинилхлорида, устойчивых к ультрафиолету, но бывают и дорогостоящие кабели с тефлоновой оболочкой. В связи с тем, что коаксиальный кабель ранее имел широкое распространение, причем не только в радиотехнических системах, он имеет множество видов. Конкретно для информацион39

Глава 2. Применение медных кабелей в информационных кабельных сетях

ных сетей коаксиальный кабель представлен двумя стандартами сетей передачи данных: • 10BASE-5 (категории кабеля RG-11 и RG-8); • 10BASE-2 (категории кабеля RG-58/U, RG-58A/U). Стандарт 10BASE-5 реализуется с применением кабеля «толстый Ethernet», имеющего общее сечение 12 мм и толстую цельную проводниковую жилу. Кабель категории RG-11 имеет сопротивление 75 Ом, категории RG-8 – 50 Ом. Кабели данного стандарта могут передавать данные со скоростью 10 Мбит/с на расстояние до 500 м. Особенности сетей, использующих толстый коаксиальный кабель и стандарт передачи данных 10BASE-5, следующие: • каждый компьютер подсоединяют к главному кабелю – магистрали (backbone) с помощью специального кабеля снижения (dro� cable). Этот кабель, как правило, состоящий из витых пар, в свою очередь присоединяют к AUI-порту сетевого адаптера; может иметь длину до 50 м; • стандарт 10BASE-5 поддерживает до 100 узлов на сегмент; • максимальная длина сегмента не более 500 м; • используют специальные коннекторы N-типа. Толстый коаксиальный кабель на территории Восточной Европы используют достаточно редко, хотя иногда его применение приводит к красивым техническим решениям. В североамериканском регионе объемы продаж толстого коаксиального кабеля и трансиверов к нему сохраняются и в настоящее время. Толстый коаксиальный кабель находит применение только в частных случаях – для организации низкоскоростных магистралей между соседними зданиями (до 500 м) или для специальных целей. Стандарт 10BASE-2 реализуют с применением кабеля «тонкий Ethernet», диаметром до 6 мм, с сопротивлением 50 Ом. Кабель категории RG-58/U имеет монолитный (цельный) медный центральный проводник, категории RG-58A/U изготавливают с многожильным центральным проводником. Длина сегмента передачи информации кабелей этих категорий составляет до 185 м при максимальной скорости передачи данных до 10 Мбит/с. Особенности сетей, использующих тонкий коаксиальный кабель и стандарт передачи данных 10BASE-2, следующие: • стандарт 10BASE-2 поддерживает до 30 узлов на сегмент; • максимальная длина сегмента не более 185 м; 40

2.2. Применение коаксиального кабеля в информационных сетях

• применяют разъемы BNC-типа. Для подключения сетевых адаптеров к кабелю используют специальные Т-коннекторы (рис. 2.2).

а

б Рис. 2.2. Разъем BNC-типа (а) и Т-коннектор (б) коаксиального кабеля

Использование тонкого коаксиального кабеля для ЛВС рабочей группы не рекомендуется. Причем основная проблема заключается не столько в кабеле, сколько в принципах работы данной технологии, так как сегмент сети, построенный на коаксиальном кабеле, является законченной электромагнитной системой. Иногда пользователь некорректно отключает кабель, разрушая целостность кабельного сегмента. При этом выходит из строя вся сеть, может нарушиться работа сетевого программного обеспечения. К аналогичным последствиям приводят снятие терминатора с конца кабельного сегмента, применение отрезков кабеля с другим волновым сопротивлением. Поэтому целесообразно применять тонкий коаксиальный кабель только в местах, защищенных от несанкционированного доступа, например при организации низкоскоростных соединений в монтажных шкафах. Кроме того, шинная топология сетей на тонком коаксиальном кабеле затрудняет диагностику неполадок, так как кабель является общим для множества узлов. Неисправность может быть вызвана любым узлом, любым отрезком кабеля или любым коннектором. Отыскать неисправность в таких сетях довольно сложно. Другие недостатки коаксиального кабеля: • ограничение пропускной способности в 10 Мбит/с; • стоимость, примерно на 30–40 % превышающая цену кабеля «витая пара»; 41

Глава 2. Применение медных кабелей в информационных кабельных сетях

• низкая технологичность инсталляции, сложность в эксплуатации; • рассоединение шины в любом месте, полностью нарушающее работоспособность сети; • низкая устойчивость к статическому напряжению и грозовым наводкам. Все эти причины привели к тому, что в современных информационных сетях коаксиальный кабель уже не рассматривают как возможную среду передачи данных. К тому же сетевые платы для этого вида кабелей уже практически не выпускают, коммутаторы и концентраторы для них считают устаревшими. Сегодня, по возможности, его стараются не применять даже для телевизионной проводки.

2.3. ПРИМЕНЕНИЕ кабЕЛЯ «ВИТаЯ ПаРа» В ИНФОРМаЦИОННыХ СЕТЯХ конструкции кабеля «витая пара» Витая пара – это вид симметричного кабеля, использующий попарно скрученные (свитые) изолированные проводники, что и определило его название (рис. 2.3). Такой вид кабеля широко применяют в сфере телекоммуникаций при построении информационных сетей. Рис. 2.3. Витые пары В кабеле «витая пара», во-первых, отдельные проводники кабеля скручены в пары, а во-вторых, пары также скручены между собой. Расчет шага скрутки для отдельных пар – довольно сложная инженерная задача, требующая точного расчета с учетом спектра передаваемых частот. Именно скрутка жил обеспечивает уменьшение воздействия электромагнитных помех от внешних источников на проводники пары. При точном расчете скрутки внешний источник помех будет наводить в свитых проводниках электродвижущую силу (ЭДС) одинаковой величины, поэтому в результате отсутствия разности потенциалов в цепи не будут возникать паразитные токи, вызывающие помехи. Кроме того, в 42

2.3. Применение кабеля «витая пара» в информационных сетях

кабелях категории 5е и выше жилы разных пар свиты с разным шагом, что дополнительно уменьшает помехи от витых пар друг на друга. Кабель «витая пара» классифицируют по к а т е г о р и я м. В настоящее время используют восемь категорий кабеля. Их главное различие – обеспечение соответствующей полосы пропускания, которая является определяющим фактором для скорости передачи данных, а также возможности использования специальных сетевых технологий. Характеристики разных категорий кабеля представлены в таблице 2.1. Таблица 2.1 Категории кабеля «витая пара»

Cat.1 Cat.2 Cat.3 Cat.4 Cat.5

Полоса пропускания 100 Гц 1 МГц 16 МГц 20 МГц 100 МГц

Cat.5e

125 МГц

Cat.6

250 МГц

Категория

Cat.6a / Cat.6e Cat.7

500 МГц 600 МГц

Cat.7a

700– 1200 МГц

Cat.8.1

До 2 ГГц

Cat.8.2

2 ГГц

Скорость передачи данных До 56 Кбит/с До 4 Мбит/с До 10 Мбит/с До 16 Мбит/с До 100 Мбит/с при использовании 2 пар До 100 Мбит/с при использовании 2 пар, до 1 Гбит/с при использовании 4 пар До 10 Гбит/с при использовании 4 пар при длине кабеля не более 55 м До 10 Гбит/с при использовании 4 пар при длине кабеля не более 100 м До 10 Гбит/с при использовании 4 пар До 10 Гбит/с при использовании 4 пар, до 40 Гбит/с при длине кабеля не более 50 м, до 100 Гбит/с при длине кабеля не более 15 м До 25 Гбит/с при длине кабеля не более 32 м До 40 Гбит/с при длине кабеля не более 32 м

Кабели категорий 1 и 2 сегодня в информационных сетях практически не используют. Кабели третьей категории можно использовать для передачи голосового трафика. Для передачи данных современные кабели «витая пара» применяют в следую43

Глава 2. Применение медных кабелей в информационных кабельных сетях

щих стандартах Ethernet: 100BASE-TX, 1000BASE-T, 10GBASE-T, 40GbE, 100GbE. Стандарт 100BASE-TX реализовывался с применением кабеля Cat.5 at.5 (витая пара категории 5), который был способен передать 100 Мбит/с по двум парам. Стандарт 1000BASE-T в настоящее время самый распространенный, его применяют во многих локальных компьютерных сетях. Для таких сетей самый распространенный кабель категории Cat.5e, отличиями которой от предыдущей являются чуть большая пропускная способность для высокочастотных сигналов и наличие модификаций с двумя (для скорости 100 Мбит/с) и четырьмя (для скорости 1 Гбит/с) парами. Стандарт 10GBASE-T, на котором построены сети Fast Ethernet и Gi�abit Ethernet, реализован с применением кабеля Cat.6, который способен передавать данные на скорости 10 Гбит/с на расстояние 55 м. Gi�abit Ethernet также может быть реализован на кабелях Cat.6a и Cat.7, что увеличивает длину передачи данных до 100 м. При этом категория 7 всегда имеет полное экранирование. Стандарты 40GbE и 100GbE – самые современные и высокоскоростные технологии пакетной передачи данных, которые предназначены для сети Gi�abit Ethernet с кабелем Cat.7a. При скорости передачи данных 40 Гбит/с длина передачи 50 м, при 100 Гбит/с – 15 м. Для изготовления проводников кабеля «витая пара» используют чистую электротехническую медь или более дешевые биметаллические составы – омедненная сталь (маркировка CCS) и омедненный алюминий (маркировка CCA), в которых медь наносят тонким слоем на другой металл. Применение таких проводников основано на явлении самоиндукции, когда на высоких частотах ток протекает не равномерно по всему сечению проводника, а только по тонкому слою его внешней поверхности. Однако проводимость алюминия примерно в 2 раза, а стали в 6 раз хуже меди, поэтому применение этих материалов резко увеличивает сопротивление и, соответственно, затухание сигнала, существенно сказывающееся на более низких частотах. Кроме того, за счет разности сопротивлений металлов проводников (алюминий или сталь) и контактов коннектора, которые 44

2.3. Применение кабеля «витая пара» в информационных сетях

изготавливают только из меди, возникает достаточно сильное рассогласование проводников пары и соединительного оборудования. Такая неоднородность отрицательно влияет на параметры кабельной линии – дополнительно увеличивает отражения сигнала, что уменьшает его мощность (за счет обратный потока) и увеличивает количество ошибок (за счет сдвинутого по фазе сонаправленного потока). Омедненные проводники допустимы в кабелях категории 5 и ниже. В кабелях категорий 6 и 7 применяют исключительно медный проводник, поскольку использование биметаллических проводников критически сказывается на характеристиках кабельной системы при передаче широкополосных сигналов. П о т и п у п р и м е н я е м о г о п р о в о д н и к а кабели «витая пара» бывают одножильными жесткими (Solid) и многожильными гибкими (Stranded). Одножильные кабели отличают стабильность характеристик и меньшее сопротивление, что сводит к минимуму потери сигнала. Поэтому для магистральной прокладки в зданиях и стационарной проводки используют жесткие кабели. Жесткий одножильный кабель также имеет меньшую стоимость. Однако он менее устойчив на излом. Кроме того, при монтаже жесткого кабеля следует учитывать тот факт, что он подходит только для терминирования коннекторами, смещающими изоляцию, но его нельзя использовать с коннекторами, которые прокалывают изоляцию. Многожильный кабель имеет преимущество благодаря своей гибкости – он не ломается при больших нагрузках на изгиб. Его используют для изготовления патч-кордов, соединения различного оборудования со стационарной проводкой и коммутационными шнурами. При монтаже гибкий кабель используют для соединения с коннекторами, которые должны прокалывать изоляцию. Еще одной важной характеристикой кабеля является диаметр сечения проводника. Диаметр проводника, как правило, выражен в миллиметрах или в «калибре» согласно таблице американского стандарта проводов AWG (American Wire Gau�e). Чем меньше значение калибра, тем толще проводник и, следовательно, меньше затухание сигнала. �начения наиболее часто используемых калибров для кабелей информационных сетей приведены в таблице 2.2. 45

Глава 2. Применение медных кабелей в информационных кабельных сетях

Таблица 2.2 Калибры кабеля «витая пара» �начение калибра AWG 26 AWG 25 AWG 24

Диаметр жилы, мм 0,405 0,455 0,511

�начение калибра AWG 23 AWG 22 AWG 21

Диаметр жилы, мм 0,573 0,643 0,724

Для дополнительной защиты от помех в кабеле «витая пара» можно использовать экранирование как всех проводников в целом, так и индивидуальных пар по отдельности. Классификация кабелей по конструкции экрана приведена в стандарте ISO/IEC 11801–2017, в котором определены правила маркировки кабелей на основе витой пары. В данном стандарте определены три типа экранов: • U – без экрана (unscreened); • F – экран из фольги (�oil screened); • S – экран в виде оплетки (braid screened). Стандарт определяет для кабеля «витая пара» схему маркировки вида ХХ/YTP, где символы ХХ указывают тип исполнения общего экрана для всех проводников, символ Y – тип исполнения экрана для пары проводников, ТР (twisted �air) – собственно тип кабеля «витая пара». Исходя из этого для кабеля «витая пара» возможны различные комбинации (табл. 2.3). Таблица 2.3 Классификация кабеля «витая пара» Маркировка Тип экрана U/UTP Нет общего экрана, пары не экранированы F/UTP Общий экран из фольги, пары не экранированы SF/UTP Общий экран в виде оплетки из фольги, пары не экранированы U/FTP Нет общего экрана, каждая пара в индивидуальном экране из фольги S/FTP Общий экран в виде оплетки, каждая пара в индивидуальном экране из фольги F/FTP Экранированный фольгой кабель с экранированной фольгой вокруг каждой пары SF/FTP Кабель с двойным общим экраном в виде фольги и оплетки, а также с экранированными фольгой парами 46

2.3. Применение кабеля «витая пара» в информационных сетях

На рисунке 2.4 приведены примеры конструкций кабеля «витая пара» с использованием экранов различного типа.

а

б

в

Рис. 2.4. Конструкции кабеля «витая пара»: а – U/UTP; б – U/FTP; в – SF/UTP

Определить тип кабеля, его конструкцию и параметры можно по специальной маркировке на наружной оболочке (рис. 2.5). Маркировку наносят через каждые 2 фута (1 м) длины кабеля. . Производитель

Тип

Категория

Количество пар и калибр проводников

Длина

Рис. 2.5. Маркировка кабеля «витая пара»

К обязательным элементам маркировки стандарты относят указание производителя, тип продукции, категорию кабеля, сведения о конструкции и метки длины; к рекомендованным элементам маркировки – класс характеристик пожарной безопасности, номер спецификации данного кабеля по номенклатуре производителя, заводскую служебную информацию. Единых правил, регламентирующих содержание таких надписей, не существует. В связи с этим при выборе кабеля необходимо опираться только на полную заводскую спецификацию конкретного кабеля. Пример заводской маркировки кабеля приведен на рисунке 2.6.

Рис. 2.6. Пример маркировки кабеля «витая пара»: ИТР (И/ИТР) категории 6, 4 пары, одножильный, серый 47

Глава 2. Применение медных кабелей в информационных кабельных сетях

Монтаж кабеля «витая пара» Кабель «витая пара» может представлять собой 2, 4, 10, 16, 25, 50 и 100 пар медных изолированных проводников, скрученных парами с согласованным шагом для уменьшения взаимного влияния. Наиболее распространены 2- и 4-парные конструкции. Реже используется 25-парный кабель. Для однозначной идентификации проводников в симметричных многопарных кабелях используют цвет изоляции проводника. Цвета проводников составляют определенную систему, позволяющую легко найти любую пару в многопарном кабеле. Исторически эта система сложилась в США и определяла подключение проводов к двум полюсам. Было выбрано пять цветов для положительных контактов и пять – для отрицательных. Это дало возможность получить 25 однозначных комбинаций по два провода, где два цвета однозначно определяют номер пары и каждый цвет – полярность проводников. Для положительных контактов были заданы белый, красный, черный, желтый и фиолетовый цвета, а для отрицательных – синий, оранжевый, зеленый, коричневый и серый. Нужно также иметь в виду, что важна и последовательность, в которой перечисляют цвета, потому что белый – это пары 1–5, красный – 6–10, черный – 11–15, желтый – 16–20, а фиолетовый – 21–25. Соответственно, в каждой группе: синий – первая, оранжевый – вторая, зеленый – третья, коричневый – четвертая и серый – пятая пары, а общий порядковый номер пары определяют двумя цветами. Например, два проводника черного и коричневого цветов определяют пару № 14 (рис. 2.7). 1 2 3 4 5

6 7 8 9 10

11 12 13 14 15

16 17 18 19 20

21 22 23 24 25

Рис. 2.7. Цветовая маркировка кабеля «витая пара»

Такую же цветовую систему применяют для маркировки 25-парных модулей, из которых составляют многопарные кабели. При этом каждый модуль обвязывают двумя ленточками разного цвета: одна – цвета группы, вторая – цвет модуля; пять модулей с белой ленточкой, пять – с красной, пять – с черной, пять – с желтой и четыре с фиолетовой; всего – до 600 пар. В широко используемых в ЛВС 4-парных кабелях цвет группы – белый, а первая, вторая, третья и четвертая пары – соот48

2.3. Применение кабеля «витая пара» в информационных сетях

ветственно синяя, оранжевая, зеленая и коричневая. При этом для более легкой идентификации проводов «своей» пары белые провода имеют дополнительную штрих-маркировку цвета своей пары: бело-синий, бело-оранжевый и т. д. Монтаж кабеля «витая пара» осуществляют, как правило, двумя способами: • терминирование специальным разъемом (коннектором); • терминирование в патч-панели или телекоммуникационной розетке. Как указывалось выше, наиболее распространенными в информационных сетях являются 2- и 4-парные кабели. Поэтому при монтаже кабеля «витая пара» для терминирования чаще всего используют коннектор RJ-45 стандарта ISO/IEC 8877–1992 (рис. 2.8), содержащий 8 контактов. Если коннектор используют для 4-парного кабеля, то такое соединение называют 8P8C (8 позиций – 8 проводников), если для 2-парного кабеля – то соответственно 8P4C.

8 6 4

7 5 3

2 1

Рис. 2.8. Коннектор RJ-45

Для терминирования кабеля его конец освобождают от изоляции и экрана, проводники расплетают и вводят в коннектор, после чего коннектор обжимают с помощью специального устройства – кримпера. При обжиме медные контакты коннектора вдавливаются внутрь и соприкасаются с жилами проводов кабеля. Как уже отмечалось, для жесткого одножильного кабеля надо использовать коннекторы, смещающие изоляцию проводников, а для многожильного гибкого кабеля – прокалывающие изоляцию проводников. Для обеспечения максимальных характеристик кабельной системы по дальности и скорости передачи сигналов размещение проводников в коннекторе должно соответствовать стандартам 49

Глава 2. Применение медных кабелей в информационных кабельных сетях

TIA/EIA EIA 568A A и TIA/EIA /EIA EIA 568В (рис. 2.9). Использование кабеля, обжатого не по стандарту, может привести (в зависимости от длины кабеля) к тому, что кабель не будет работать совсем или будет очень большой процент потерь передаваемых данных. Пара 2

Пара 3

Пара 3 Пара 1 Пара 4

Пара 2 Пара 1 Пара 4

1 234567 8

12 34 567 8

Т568А а

Т568В б

Рис. 2.9. Стандарты TIA/EIA 568A (а) и TIA/EIA 568В (б)

Используя разные комбинации стандартов, можно получить разные типы кабелей «витая пара». В настоящее время применяют прямой, перекрестный и реже консольный кабели. Прямой кабель (straight through) используют при соединении разнотипного оборудования (например, компьютер – коммутатор, коммутатор – маршрутизатор). При его изготовлении оба конца кабеля обжимают по стандарту TIA/EIA 568A или TIA/EIA 568В (рис. 2.10). 8

1

1

8

а

б

50

8

1

1

8

Рис. 2.10. Прямой кабель: а – по стандарту TIA/EIA 568A; б – по стандарту TIA/EIA 568В

2.3. Применение кабеля «витая пара» в информационных сетях

Указанные схемы обжима подходят для использования на скорости как для 100 Мбит/с, так и 1 Гбит/с. Отметим, что для скорости 100 Мбит/с используют только две из четырех пар: оранжевую и зеленую. Синяя и коричневая пары могут остаться незадействованными либо могут быть использованы для передачи питания в некоторых вариантах Power over Ethernet (PoE). Для скорости 1000 Мбит/с используют все четыре пары проводников. Перекрестный кабель (crossover) предназначен для соединения однотипного оборудования (например, двух компьютеров, двух маршрутизаторов). При его изготовлении для использования на скорости 100 Мбит/с вторую и третью пары проводников перекрещивают. Для этого один конец кабеля обжимают по стандарту TIA/EIA 568A, а второй – по стандарту TIA/EIA 568В (рис. 2.11, а). Для использования кабеля на скорости 1000 Мбит/с перекрещивают все четыре пары по схеме, приведенной на рисунке 2.11, б. 8

1

1

8 TIA/EIA 568В

а

TIA/EIA 568А

8

1

1

8 TIA/EIA 568В

б Рис. 2.11. Перекрестный кабель: а – для скорости 100 Мбит/с; б – для скорости 1000 Мбит/с

В настоящее время большая часть современных сетевых устройств имеют функцию Auto �DI/�DI-X, способную автоматически определить тип кабеля (прямой или перекрестный) и подстроиться под него (но это не всегда работает). Консольный кабель (rollover) используют для подключения к консольному порту оборудования при настройке маршрутизатора или коммутатора с помощью компьютера. Один конец этого 51

Глава 2. Применение медных кабелей в информационных кабельных сетях

кабеля обжат по обратной схеме относительно другого (как если бы его просто перевернули). Применяют такой кабель в оборудовании некоторых производителей (например, Cisco). 8

8

1

1 Рис. 2.12. Консольный кабель

Методика обжатия UTP-кабеля «витая пара» 1. С помощью устройства снятия оболочки (стриппера) удалить 3–4 см оболочки, освободив пары проводников. 2. Расплести проводники и расположить их максимально параллельно друг другу в соответствии с применяемым стандартом обжима. Обрезать кевларовую нить (при наличии). 3. Кусачками или кримпером обрезать проводники на расстоянии примерно 1 см от края оболочки кабеля. 4. Ввести проводники в коннектор RJ-45 -45 до упора. При правильно подобранной длине все проводники должны быть видны, если посмотреть в торец коннектора. При этом оболочка кабеля должна войти в коннектор. 5. Поместить коннектор в кримпер и сжать его до упора. При этом пресс кримпера вжимает медные контакты коннектора внутрь для их соединения с жилами проводов и дополнительно сжимает нижнюю часть пластикового коннектора для его фиксации на оболочке кабеля (рис. 2.13).

а

б

Рис. 2.13. Правильно (а) и неправильно (б) обжатый кабель

Терминирование кабеля «витая пара» в телекоммуникационной розетке или патч-панели проводят по тем же стандартам. При этом важно соблюдать однотипность стандарта, используемого в информационной сети организации. (Отметим, что стандарт TIA/EIA 568В применяют чаще.) 52

2.3. Применение кабеля «витая пара» в информационных сетях

Телекоммуникационные розетки и патч-панели бывают двух типов: набивные и модульные. Набивные устройства (рис. 2.14) представляют собой законченные изделия, в которые кабель терминируют непосредственно с помощью специального набивного (ударного) инструмента. Как правило, они предназначены для кабеля категории 5е и ниже. Для каждого порта панели (розетки) предусмотрена своя контактная площадка. Контакты площадки всегда помечены цветной маркировкой в соответствии со стандартом TIA/ EIA 568А или TIA/EIA 568В (чаще всего это просто буква А или В). В соответствии с выбранным стандартом в данный контакт размещают провод соответствующего цвета. При этом следует учитывать, что контактные площадки бывают двух типов: тип «Krone», в которых ножи-контакты расположены под углом 45° к прорезям площадки, и тип «110», в которых ножи-контакты расположены перпендикулярно прорези. Исходя из этого необходимо выбирать соответствующий ударный инструмент.

а

б Рис. 2.14. Набивная телекоммуникационная розетка (а) и патч-панель (б)

Модульные устройства (рис. 2.15) состоят из двух частей: основания (суппорта) и отдельных модулей, в которые терминируют кабель. Модуль затем вставляют в основание. Модульные устройства дороже, чем набивные, но их преимущество заключается в ремонтопригодности и гибкости использования. Если в набивной патч-панели выходит из строя один порт, то использовать его больше нельзя. В модульной патч-панели можно просто заменить модуль. Модульные устройства используют для кабеля категории 5е и выше. При этом модули для кабелей категорий Сat.5е и Сat.6 выполняют в пластиковом корпусе, для категорий Сat.6а и выше – в металлическом. 53

Глава 2. Применение медных кабелей в информационных кабельных сетях

а

б Рис. 2.15. Модульная патч-панель (а) и модули (б)

На рынке сегодня представлено множество конструкций модульных розеток и патч-панелей. Однако при построении надежной информационной сети предпочтение лучше отдавать известным и проверенным производителям. Методика терминирования экранированного кабеля «витая пара» в модульной патч-панели 1. С помощью устройства снятия оболочки (стриппера) удалить 4–5 см оболочки, освободив пары проводников и не повредив экран. 2. �агнуть экран по способу, рекомендуемому производителем. Экран впоследствии должен соприкасаться с металлическим корпусом модуля. 3. Расплести проводники и расположить их в модуле согласно технологии монтажа и выбранному стандарту. 4. �акрыть (защелкнуть) модуль крышкой согласно технологии монтажа. При этом, как правило, происходит врезка проводников кабеля в ножи-контакты модуля. 5. �афиксировать экран и дренажный провод согласно технологии монтажа. Как правило, это осуществляют пластиковым хомутом, входящим в комплект модуля. 6. Обрезать выступающие проводники. 7. Расположить модуль в патч-панели на своем месте. 8. При необходимости зафиксировать кабель пластиковым хомутом. Необходимо отметить, что современные соединители на врезных контактах, используемые в коннекторах или патч-панелях, рассчитаны на стандартный калибр жил AWG 24 (диаметр 0,511 мм). При установке в них жил меньшего диаметра увеличивается сопротивление контакта, уменьшается его механическая прочность, что приводит к негативным последствиям при передаче данных. 54

2.3. Применение кабеля «витая пара» в информационных сетях

Для проверки правильности обжатия кабеля и монтажа патчпанелей и розеток используют специальные устройства – кабельные тестеры. Такое устройство состоит из передатчика и приемника. Передатчик поочередно подает сигнал на каждую из восьми жил кабеля, фиксируя прохождение сигнала. Результат может отображаться светодиодами (на недорогих моделях) или высвечиваться на экране тестера. Более дорогие модели кабельных тестеров могут иметь индикатор обрыва с указанием расстояния до обрыва, тестировать кабель на затухание, помехи и пр. При эксплуатации или монтаже кабельной линии могут встречаться неисправности (ошибки), связанные с неправильным терминированием, износом кабеля или коннекторов. Они проявляются в отсутствии связи, снижении скорости работы устройств сети, отказе в работе приложений. Неисправности выявляют с помощью кабельных тестеров. Наиболее типичные неисправности кабеля «витая пара» представлены на рисунке 2.16 (слева показана схема соединения, справа – схематичное отображение неисправности на экране кабельного тестера): • а – правильная разводка. Все проводники непрерывны и терминированы в соответствующие контакты согласно требованиям необходимого стандарта; • б – реверсивная пара (reversed �air), или перекрестные проводники в паре. Проводник в паре подключен на другом конце кабельной линии в контакт, предназначенный для второго проводника этой пары. Встречается, как правило, при ошибке монтажа; • в – закороченные проводники (short). short). ). Наличие физического контакта между токопроводящими элементами проводников (медными жилами). Встречается при износе проводников или некачественной изоляции; • г – отсутствие контакта (o�en �air). Отсутствует проводимость в одном или в обоих проводниках витой пары. Встречается при некачественном монтаже или обламывании проводника вследствие износа; • д – перекрестные, или перемещенные пары (сrossed or trans�osed �airs). Проводники пары на одном из концов кабеля подключены в контакты другой пары. Встречается, как правило, при ошибке монтажа; вариант этой ошибки – перекрестные или перемещенные проводники; 55

Глава 2. Применение медных кабелей в информационных кабельных сетях

• е – расщепленные пары (s�lit �airs). Наиболее трудно исправляемая ошибка. Не определяется простыми тестерами. Проводники в целом по линии затерминированы правильно, но на каком-то участке проводники пары разделены. Один из проводников образует витую пару с проводником из другой пары. 1 2 3 6 5 4 7 8

1 2 3 6 5 4 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8

а

1 2 3 6 5 4 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 6 5 4 7 8

1 2 3 6 5 4 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 6 5 4 7 8

1 2 3 6 5 4 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8

б 1 2 3 6 5 4 7 8

1 2 3 6 5 4 7 8

в

г 1 2 3 6 5 4 7 8

д

1 2 3 6 5 4 7 8

1 2 3 6 5 4 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8

е Рис. 2.16. Неисправности монтажа кабеля «витая пара»

Указание на кабельном тестере ошибки S�lit �airs возможно по следующим причинам: • ошибка при изготовлении патч-кордов для подключения к системе или приобретение неправильных (не соответствующих системе) патч-кордов; • монтажники перепутали схему разводки, везде расшивая модули одинаково неправильно; 56

2.3. Применение кабеля «витая пара» в информационных сетях

• маркировка цвета на модулях нанесена неправильно, причем тоже везде одинаково; • модули правильные, но не для структурированных кабельных систем, а для какой-нибудь частной схемы разводки (например, 4-парной схемы USOC). Встречается в продукции «безымянных» производителей – китайской или тайваньской. При монтаже экранированной витой пары необходимо контролировать целостность экрана по всей длине кабеля. Растяжение или изгиб кабеля приводят к разрушению экрана, что ведет к снижению устойчивости к электромагнитным помехам. Дренажный провод должен быть соединен с экраном разъема. При больших изгибах витой пары нарушается однородность симметричной среды передачи, иногда необратимо. Поэтому необходимо соблюдать регламентированный минимальный радиус изгиба кабеля при монтаже: для неэкранированного кабеля – 8 внешних диаметров кабеля, для экранированного – 10.

Характеристики (параметры) кабельной линии Правильность монтажа кабеля «витая пара» (при отсутствии ошибок терминирования проводников) практически гарантирует работоспособность сети для низкоскоростных приложений для структуры, построенной на кабеле категории Cat.5e .5ee с длиной сегментов меньше, чем максимально определенные конкретной используемой технологией. Однако, как правило, кабельную структуру создают на длительный период времени. Поэтому она должна соответствовать, во-первых, перспективным планам развития организации, а во-вторых, стандартам, применяемым в кабельных системах (ISO/IEC 11801–2017, TIA/EIA 568B и др.). Проверку кабельной сети проводят с помощью кабельных тестеров и сетевых анализаторов профессионального уровня, в память которых зашита информация о стандартных параметрах кабелей и требованиях стандартов к характеристикам сетей. При проведении испытаний полученные результаты сравнивают с находящимися в памяти прибора. При соответствии анализатор выдает результат «Pass» (тест прошел). Если по какому-либо параметру даже часть линии не соответствует заданным критериям, прибор выдает результат «No �ass» с расшифровкой ошибки. В этом случае такая кабельная система не может быть серти57

Глава 2. Применение медных кабелей в информационных кабельных сетях

фицирована, так как по принципу обратной совместимости пропускную способность сети определяют параметры наиболее узкополосного компонента. И даже если в сети применяют качественное соединительное и активное оборудование, общая пропускная способность сети будет низкой. Рассмотрим наиболее важные параметры кабельной линии. Затухание (attenuation). Определяет степень уменьшения мощности сигнала при его передаче на 100 м (как правило, это максимальная длина горизонтального участка Ethernet). ). Измеряется в дБ/100 м. В основном затухание определяют геометрические размеры проводника. Обычно расчет сетей производят исходя из использования кабеля калибра AWG 24. Если затухание в канале превысит допустимое, то канал будет работать, но из-за постоянных перезапросов данных реальная скорость обмена в нем значительно упадет. Например, при использовании кабеля с диаметром жил 0,48–0,50 мм можно получить ухудшение коэффициента затухания примерно на 3–5 дБ/100 м. Кроме этого, важное значение имеет амплитудно-частотная характеристика линии – зависимость коэффициента затухания от частоты. Анализатор проводит соответствующий тест и сравнивает его с заданными для определенного стандарта параметрами. В случае использования, например, кабеля с биметаллическими жилами тест может быть отрицательным (рис. 2.17). Коэффициент затухания, дБ/100 м 24 че с а лли

20

ка я п

ара

т Биме а пар ая ма н р д Но Ме

16 12 8 4 1

20

40

60

80

100 f, МГц

Рис. 2.17. Тест на затухание сигнала

На затухание оказывает влияние также и качество изоляции проводников. В локальных сетях изоляция важна не только для предотвращения короткого замыкания между жилами. Плохая 58

2.3. Применение кабеля «витая пара» в информационных сетях

изоляция имеет больший тангенс угла диэлектрических потерь (t� δ฀) на высоких частотах, а именно на них затухание определяют не столько потери в металле, сколько потери в диэлектрике. Если изоляция неравномерна, нарушена или если вместо качественного полиэтилена высокого давления с хорошими диэлектрическими свойствами (большим удельным объемным сопротивлением) в кабеле применен так называемый вторичный полиэтилен, то это приводит к увеличению затухания сигнала именно на высоких частотах, что критично для высокоскоростных приложений (100BASE-T, 1000BASE-T и др.). Волновое сопротивление (сharacteristic impedance), или импеданс. Это сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль любой однородной (т. е. без отражений) направляющей системы. Оно свойственно данному типу кабеля, зависит только от его первичных параметров и частоты и для кабеля «витая пара» должно находиться в пределах (100 ± 15) Ом. Несоответствие указанному значению приведет к неполному согласованию линии с активным оборудованием или сетевой картой компьютера, т. е. уменьшит реальный уровень сигнала в линии. На величину волнового сопротивления может влиять, например, состав и качество изоляции проводников, что непосредственно влияет на емкость пары, а следовательно, и на волновое сопротивление. Возвратные потери (return loss) канала или линии. Характеризуют степень однородности волнового сопротивления по длине кабеля и степень согласованности его с полным сопротивлением нагрузки в определенном частотном интервале. При подаче на вход линии или канала импульса напряжения в случае несогласованности нагрузки или наличия неоднородности за счет производственных и эксплуатационных дефектов кабеля или несогласованности элементов тракта в них возникает отраженный импульс, распространяющийся в обратном направлении. Возникающие за счет отражения от неоднородностей встречные потоки увеличивают помехи при передаче Gi�abit Ethernet, а дополнительные попутные потоки – практически во всех стандартах Ethernet. Переходные затухания (crosstalk attenuation). При передаче электрических сигналов по проводнику часть их энергии переходит в электромагнитное излучение, которое вызывает наведен59

Глава 2. Применение медных кабелей в информационных кабельных сетях

ные токи в соседних парах. Этот эффект называется переходными наводками. Наводки, накладываясь на полезные сигналы, передаваемые по соседним парам, могут приводить к ошибкам приема и в итоге снижать качество связи. Разность между уровнями передаваемого сигнала и создаваемой им помехи на соседней паре называют переходным затуханием. В зависимости от места и метода измерения различают несколько видов переходного затухания: • переходные затухания на ближнем конце (NEXT, где знак Х означает «крест», от англ. «cross»: Near End CrossTalk �oss) характеризуют восприимчивость линии (пары) к помехам, обусловленным существованием сигналов в соседних линиях (парах). Эффект переходного затухания проявляется в том, что при подаче импульса на вход одной пары на входе другой пары на этом же конце кабеля также появляется импульс. Чем больше затухает переходная помеха, тем выше соотношение сигнал/шум и лучше качество связи. Конструктивно это обеспечивается взаимным расположением пар относительно друг друга, т. е. геометрией изолированных жил и их скруткой; • суммарные переходные затухания на ближнем конце (PSNEXT) – это параметр, который характеризует наводку на одной паре от всех остальных пар, работающих одновременно. Параметр PSNEXT вычисляют по измеренным значениям параметра NEXT для каждого сочетания пар; • переходные затухания на дальнем конце (FEXT ) и их суммарное значение (PSFEXT ), когда воздействие одной пары на другую сказывается не только на ближнем, но и на дальнем конце. Измерения проводят на выходе одной пары при условии подачи импульса на вход другой пары. Чем выше значение переходного затухания, тем меньший уровень имеет наводка в соседних парах и, соответственно, тем более качественным является кабель. С практической точки зрения представляют интерес частотная зависимость переходного затухания на ближнем и дальнем концах, а также зависимость этих параметров от длины линии. Влияющая пара и пара, подверженная влиянию, проложены параллельно под общей защитной оболочкой. �а счет этого их проводники можно рассматривать как обкладки конденсатора. Это означает, что с ростом частоты переходное затухание падает. Поэтому стандарт TIA/EIA 568A 60

2.3. Применение кабеля «витая пара» в информационных сетях

нормирует минимальные значения переходного затухания на ближнем конце при длине кабеля 100 м на разных частотах. Например, минимально допустимое переходное затухание на ближнем конце на частоте 0,772 МГц для кабелей категорий 3, 4 и 5 принимают равным 43, 58 и 64 дБ соответственно. Защищенность (ACR). Для оценки качества передачи информации в технике проводной связи широко используют параметр защищенности от помех, или просто защищенности, который представляет собой разность между уровнями полезного сигнала и помехи в рассматриваемой точке. Для кабеля «витая пара» используют соотношение затухания и переходного затухания на ближнем конце, которое характеризует отношение сигнал/шум на приемном конце линии. Задержка распространения (delay skew). Из-за разницы в шаге скрутки разных пар в кабелях категории Cat.5e .5ee и выше длина разных пар в кабеле будет различной, а следовательно, различным будет и время прохождения сигналов. Для учета этого эффекта стандарты нормируют параметр смещения задержки распространения. Это принципиально важно для приложений 1000BASE-T, где передача и прием ведутся одновременно по всем четырем парам. При использовании кабеля неизвестного производителя существует высокая вероятность, что шаг скрутки пар в нем не соответствует расчетному. Поэтому смещение задержки в таком кабеле, как правило, не соответствует нормам, что приводит к ошибкам при работе Gi�abit Ethernet, причем с любой скоростью. Характеристики каналов и стационарных линий по постоянному току. Для нормальной работы некоторых инженерных систем, подключенных к кабельной сети, существенное значение могут иметь не только динамические электромагнитные характеристики тракта передачи сигналов, но и характеристики тракта по постоянному току. Особенно это важно в связи с предложениями использовать симметричные электрические кабели «витая пара» для питания сетевых устройств. Электрическая и пожарная безопасность кабельной линии. Опасность поражения током может возникнуть из-за того, что медные кабели могут проводить электричество там, где это нежелательно. В результате персонал и оборудование могут подвергаться различным видам поражения электрическим током. 61

Глава 2. Применение медных кабелей в информационных кабельных сетях

Например, сетевое устройство с дефектом электрического пробоя на корпус может передавать ток в корпуса других сетевых устройств. Кроме того, при подключении устройств, имеющих источники питания с различными нулевыми потенциалами (как правило, от разных фаз электросети), через медные кабели могут создаваться нежелательные разности уровней напряжения. Такие ситуации возможны при использовании медных кабелей для подключения сетей в различных зданиях или на разных этажах зданий, в которых установлено электрическое оборудование. Наконец, медные кабели могут передавать напряжение, вызванное ударами молнии. В результате нежелательных уровней напряжения и тока могут быть повреждены сетевые устройства и подключенные компьютеры, а также травмированы сотрудники. Во избежание потенциально опасных ситуаций медные кабели должны быть правильно установлены и заземлены в соответствии со спецификациями и строительными нормами и правилами. Угроза пожара может возникнуть из-за воспламеняемости кабельной изоляции и экранов. Внешняя оболочка позволяет защитить проводники кабеля во время его прокладки и последующей эксплуатации от различных механических, тепловых и химических воздействий. Наиболее популярным материалом для оболочек кабелей информационных сетей является поливинилхлорид (маркировка P�C) с различными композициями полимеров, пластификаторов и химических добавок, обеспечивающих его долговечность, стойкость к перепаду температур, постоянным и динамическим изгибам, растяжениям и т. д. Такой материал достаточно технологичный, недорогой и не поддерживает горение. Последний фактор принципиально важен для кабелей внутренней прокладки, поскольку они переходят из помещения в помещение и способны стать каналом распространения пожара по зданию. Однако в труднодоступных местах (например, под фальшполом) применение оболочек из P�C может быть ограничено, так как при горении поливинилхлорид выделяет хлор. Если проектом определены специальные требования, то внутри помещений без ограничений можно применять кабели с оболочкой из полиэтиленовых композиций (маркировка �SZH), которые при возгорании не распространяют огонь, не выделяют дым и галогены. 62

2.3. Применение кабеля «витая пара» в информационных сетях

На поверхности таких кабелей обязательно должны быть ссылки на стандарты по пожарной безопасности серии IEC 60332. Кроме того, при прокладке кабеля «витая пара» за пределами помещений оболочка из поливинилхлорида не очень подходит из-за повышенной влагопроницаемости. В этих случаях рекомендуется покрытие из светостабилизированного полиэтилена, стойкого к воздействию ультрафиолетовых лучей (маркировка РЕ). Этот материал достаточно хорошо переносит механические (изгиб, сжатие, растяжение, стирание поверхности) и климатические (холод, тепло, перепады температур) воздействия. Приведем несколько общих рекомендаций по проектированию кабельной инфраструктуры при использовании кабеля «витая пара»: • если информационную сеть проводят в зданиях офисного типа (например, банк или бизнес-центр), необходимо закладывать один UTP-кабель на каждые 3–4 м2 помещения. Рабочие места в зданиях такого типа наиболее часто подвержены перемещению и очень плотному оснащению средствами вычислительной техники; • при прокладке сети в фирме или организации, как правило, следует удвоить потребность в средствах вычислительной техники, которая заявлена заказчиком первоначально; • выполнив монтаж кабельной сети, обязательно необходимо провести ее сертификацию на соответствие требованиям 5-й категории (если иное не определено проектом). Даже при использовании качественных компонентов и материалов факторы монтажа и окружающих условий могут вызвать ухудшение рабочих характеристик. Результаты испытаний необходимо распечатать и сохранить. Соблюдение перечисленных правил позволит избежать проблем с расширением кабельной сети при переходе на новые технологии как в рамках собственной сети организации, так и при внедрении новых услуг и сервисов.

Контрольные вопросы и задания

1. Расшифруйте параметры кабеля «витая пара» по его маркировке: «Fujikura S/STP Cat.6a Solid 4 pair AWG 24». 2. Перечислите основные неисправности монтажа кабеля «витая пара». 63

Глава 2. Применение медных кабелей в информационных кабельных сетях

3. Перечислите основные электрические параметры кабельной линии «витая пара». 4. Для каких скоростей передачи данных можно использовать кабель UTP Cat.5e? 5. Какой минимальный радиус изгиба кабелей «витая пара» Сat.5e и Сat.6 нужно соблюдать при монтаже? 6. В чем различие контактных площадок типа «Krone» и контактных площадок типа «110»? 7. Для чего в кабеле «витая пара» применяют скручивание проводников и пар проводников между собой? 8. Какие параметры UTP-кабеля обязательны для указания при его маркировке производителем? 9. В чем принципиальное различие кабелей «витая пара» Сat.5e и Сat.6? 10. Какие виды экранов могут использоваться в кабеле Сat.6/6а? 11. Для каких целей используют 25-парный UTP-кабель? 12. К каким контактам колодки патч-панели подключают пары проводников 25-парного кабеля? 13. Какой номер имеет желто-коричневая пара проводников 25парного кабеля? 14. Какие бывают виды телекоммуникационных розеток? 15. Какой вид кабеля «витая пара» используют для соединительных шнуров?

64

ГЛаВа 3. ПРИМЕНЕНИЕ ВОЛОкОННООПТИЧЕСкИХ кабЕЛЕй В ИНФОРМаЦИОННыХ кабЕЛЬНыХ СЕТЯХ 3.1. ПРИНЦИПы РабОТы И ОСНОВНыЕ ПаРаМЕТРы ОПТИЧЕСкИХ ВОЛОкОН Для того чтобы свет можно было использовать для переноса информации, для него необходимо создать направляющую систему, позволяющую передавать свет в закрытом пространстве и не прямолинейно. Первыми подобными устройствами, получившими широкое распространение, стали диэлектрические волоконные световоды с низкими оптическими потерями, которые затем стали основой для производства оптических волокон (ОВ). Оптическое волокно (оптоволокно) – это волновод с круглым поперечным сечением очень малого диаметра (сравним с толщиной человеческого волоса), по которому передается электромагнитное излучение оптического диапазона. Для оптических систем передачи обычно используют ближний инфракрасный диапазон (длина волны 760–1700 нм) и реже – видимый (380–760 нм). ОВ состоит из сердцевины (ядра) и оптической оболочки, изготовленных из материалов, прозрачных для оптического излучения и заключенных в защитное покрытие (рис. 3.1). В настоящее время для информационных сетей выпускают ОВ с диаметром сердцевины 8, 50 и 62,5 мкм. Диаметр оболочки для всех ОВ составляет 125 мкм, диаметр защитного покрытия, как правило, составляет 250 мкм. 65

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

Ядро Оболочка Защитное покрытие Рис. 3.1. Конструкция ОВ

Скорость, с которой свет перемещается через среду передачи, определяется показателем преломления этой среды. Показатель преломления среды передачи (n) является коэффициентом отношения скорости света в вакууме к скорости света в этой среде n = c / ν. Все современные среды передачи имеют n > 1, поэтому скорость света в среде меньше скорости света в вакууме. Известно, что с точки зрения физики свет имеет волновые и лучевые (корпускулярные) свойства, поэтому при описании оптических явлений в световодах необходимо строго выбирать: с «волновой» или «лучевой» точки зрения рассматривают те или иные явления. «Лучевое» представление – это язык геометрической оптики, его применяют тогда, когда длина волны света฀฀ λ฀ бесконечно мала по сравнению с размерами D отверстий и экранов, расположенных на пути света (฀ λ฀ αпр Полное внутреннее отражение

Частичное отражение а

Преломления нет

γ = 90° Преломленный луч

n2 n1

б

в

Рис. 3.2. Падение света на границу двух сред

Углом падения называют угол между перпендикуляром к границе раздела двух сред и падающим лучом (α). На границе раздела часть света отражается обратно. Углом отражения называют угол между перпендикуляром к границе раздела двух сред и отраженным лучом, причем угол падения равен углу отражения. Оставшаяся часть света пересекает границу раздела, образуя преломленный луч, который распространяется под углом (γ) (см. рис. 3.2, а). Согласно закону Снеллиуса между углом падения и углом преломления существует следующее соотношение: n1sin α = n2sin γ. При этом если n1 > n2, то α < γ. Если угол падения α увеличивается, то при определенном его предельном значении (αпр) преломленный луч полностью исчезает (γ = 90°) (см. рис. 3.2, б). Такой угол называют критическим углом скольжения или просто критическим углом. При углах больше критического (см. рис. 3.2, в) свет полностью отражается и во вторую среду не проникает, а интенсивность отраженного луча практически равна интенсивности падающего. Данное явление называют полным внутренним отражением. Благодаря этому явлению свет распространяется по ОВ. Показатель преломления сердцевины, обычно имеющий величину 1,4–1,55, всегда немного больше, чем показатель преломления оптической оболочки (разница около 1 %). Поэтому световые волны, попадающие в сердцевину ОВ под углом, превышающим 67

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

критический, претерпевают полное внутреннее отражение от оптической оболочки. Путем многократных переотражений эти волны распространяются по ОВ. С «лучевой» точки зрения теперь просто объяснить, например, почему при изгибе ОВ свет выходит за его пределы. Действительно, при изгибе ОВ для части лучей перестают выполняться условия полного внутреннего отражения, поскольку для этих лучей уменьшается угол падения. Появляются преломленные лучи, которые попадают в оболочку световода, затем достигают его внешней границы и выходят за его пределы. Поэтому во избежание потери света волокно должно быть прямым, так как на каждом изгибе теряется часть света и чем больше изгибов, тем больше потери. К основным параметрам ОВ относят: • профиль показателя преломления; • относительную разность показателей преломления (฀Δ); • числовую апертуру (NА); • номенклатуру (число) распространяющихся мод; • нормированную частоту (ν); • диаметр модового поля (dм.п); • длину волны отсечки (฀λв.о). Профиль показателя преломления. �ависимость значения показателя преломления вдоль диаметра поперечного сечения оптического волокна называют профилем показателя преломления. Наиболее часто встречаются волокна со ступенчатым или градиентным профилем. У волокон со ступенчатым профилем сердечник и оптическая оболочка имеют однородный, но не одинаковый показатель преломления. У волокон с градиентным профилем показатель преломления сердечника плавно уменьшается от центра к краям, поэтому у них отсутствует резкое изменение показателя преломления на границе сердечника и оптической оболочки, которое характерно для ступенчатого профиля (рис. 3.3). Относительная разность показателей преломления. Является одним из важных параметров, который характеризует световод и используется в различных расчетах. Если обозначить через n1 и n2 показатели преломления сердцевины и оболочки, то относительную разность показателей преломления для волокна со ступенчатым профилем определяют как Δ฀ = (n1 – n2) / n1. 68

3.1. Принципы работы и основные параметры оптических волокон

а

Показатель преломления

Показатель преломления

Радиус б

Радиус

Рис. 3.3. Профили показателя преломления: а – ступенчатое волокно; б – градиентное волокно

Для оптимизации работы волокна на какой-либо длине волны или для специфических применений разработаны ОВ с более сложной структурой профиля (треугольной, зубчатой и др.). Для таких волокон, как и для градиентного ОВ, используют понятие эффективной относительной разности показателей преломления. Числовая апертура. При расчете характеристик распространения света в волокне используют величину числовой апертуры. Эта величина тесно связана с условием полного внутреннего отражения и волнового распространения света в ОВ. Числовая апертура – это синус максимального угла падения луча света на торец волокна, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения (рис. 3.4). Чем больше этот угол, тем большая часть падающего на торец световода света может быть введена в световод и будет в нем распространяться за счет полного внутреннего отражения. Оболочка Сердцевина NA

Рис. 3.4. Числовая апертура и полное внутреннее отражение в оптическом волокне

Величина NA – важный технологический параметр, так как чем больше ее значение, тем лучше свет вводится в ОВ. При малых 69

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

значениях числовой апертуры в ОВ может вводиться только достаточно узконаправленный луч света. Величина числовой апертуры также влияет на точность, с которой должна производиться стыковка волокон друг с другом и с другими компонентами линии. Отметим, что NA является безразмерной величиной. Для ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления числовая апертура обычно равна 0,18–0,23, а для градиентного – 0,13–0,18. Фирмы-изготовители указывают соответствующее значение числовой апертуры как паспортные данные ОВ. Номенклатура (число) распространяющихсся мод. Понятие моды относят к рассмотрению света с точки зрения волновой теории. Свет представлет собой электромагнитную волну, состоящую из двух составляющих: напряженности электрического поля E и связанной с ней напряженности магнитного поля H. Когда свет распространяется по ОВ, то в каждой его точке изменяется напряженность электрического и магнитного полей, т. е. по волокну распространяются электромагнитные волны. Под модой понимают способ (тип) распространения электромагнитной волны в направляющей среде. Даже при генерации электромагнитного излучения одним источником на одной частоте световая волна может распространяться по световоду несколькими способами. В этом случае говорят, что в системе существует несколько мод. Их количество в общем случае зависит от отношения геометрических размеров направляющей системы к длине распространяющейся волны. Можно привести такую аналогию. Если в океане дует сильный ветер, то могут образовываться различные волны, высотой 1, 2, 5 и даже 30 м. Но в небольшом озере такое невозможно – его размеры и глубина просто не создадут условий для образования 10-балльного шторма и будут образовываться только небольшие волны. Аналогично электромагнитная волна может распространяться в направляющей системе только в том случае, если ее составляющие (электрическая и магнитная) имеют достаточное пространство для существования. И чем больше это пространство, тем больше типов структуры электромагнитного поля (мод) может в нем образоваться. Математически число мод определяют решением волновых уравнений Максвелла. Сами моды обозначают как E nm или Hnm, где индекс n характеризует число изменений поля по окружности 70

3.1. Принципы работы и основные параметры оптических волокон

световода, а m – по диаметру. При этом, если преобладает продольная составляющая электрического поля, волна называется ЕHnm, если магнитного – НE nm. Каждая мода имеет характерные для нее структуру электромагнитного поля, а также фазовую и групповую скорости. Под фазовой скоростью понимают скорость перемещения фазы волны, а групповую скорость определяет скорость переноса энергии электромагнитной волной. Поэтому при распространении электромагнитной волны в ОВ с расстоянием изменяется общая структура поля из-за суперпозиции (смешения) мод между собой, что отрицательно сказывается на свойствах волны переносить информационный сигнал. В связи с этим уменьшение количества мод в направляющей системе однозначно улучшает качественные и количественные характеристики системы передачи информации. Нормированная частота. Для определения количества мод в световоде целесообразным оказалось введение параметра нормированной частоты, который объединяет структурные параметры ОВ и длину волны излучения: ν = πdcNA / λ,

где dc – диаметр сердцевины ОВ.

Исходя из значения ν฀ различают одно- и многомодовый режимы работы волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Условием одномодового режима, в котором по волокну распространяется одна основная мода, является выполнение неравенств ν฀ < 2,405 (для световодов со ступенчатым профилем) и ν฀ ฀ < 3,53 (для световодов с градиентным профилем). Номенклатура мод в световоде в зависимости от нормированной частоты฀ представлена в таблице 3.1. Таблица 3.1 Номенклатура низших мод для ступенчатого ОВ �начение нормированной частоты 0–2,405

Число мод 1

НE11 (основная мода)

2,405–3,832

4

НE11, E01, Н01, НE21

3,832–5,136

7

НE11, E01, Н01, НE21, НE12, EН11, НE31

5,136–5,520

9

НE11, E01, Н01, НE21, НE12, EН11, НE31, EН21, НE 41

Типы мод

71

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

Таким образом, для ОВ с разным диаметром сердцевины для различных длин волн будет свое значение нормированной частоты и, следовательно, свой режим работы световода (табл. 3.2). Таблица 3.2 Значение нормированной частоты для различных оптических волокон Диаметр ОВ, мкм 62,5 50 8

ОВ Градиентное Градиентное Ступенчатое

1550 35,46 20,26 2,19

Длина волны λ฀, нм 1310 41,96 23,98 2,59

850 64,67 36,95 3,99

Из таблицы 3.2 следует, что чисто одномодовый режим работы наблюдается при распространении света только в ОВ диаметром 8 мкм на длине волны 1550 нм. Для длины волны 1310 нм в таком же ОВ будет существовать еще три неосновные моды. Однако реально ОВ размещают в кабеле, проложенном с изгибами, на которых неосновные моды быстро затухают. Поэтому волокно диаметром 8 мкм для длин волн 1550 и 1310 нм принято считать одномодовым. Волокно диаметром более 50 мкм считают многомодовым для любых длин волн. В литературе часто предпринимают попытки изобразить моды в виде лучей, распространяющихся по ОВ, что в принципе некорректно, поскольку волновые и лучевые понятия несовместимы. Длина волны отсечки. Вторым параметром, характеризующим режим работы ОВ, является длина волны отсечки. Данный параметр более удобен с точки зрения эксплуатационных показателей оптической линии связи. Это минимальная длина волны, при которой ОВ поддерживает только одну распространяющуюся моду. Характерен для одномодовых ОВ. Если рабочая длина волны меньше, чем длина волны отсечки, то имеет место многомодовый режим распространения света. Различают волоконную длину отсечки λ฀в.о и кабельную длину отсечки ฀λ к.о. Волоконная длина отсечки характеризует теоретически возможное значение этого параметра, которое для ступенчатого ОВ может быть получено из соотношения λв.о = πdcNA / 2,405. 72

3.2. Основные характеристики оптического волокна

На практике же оптоволоконный кабель всегда прокладывают с изгибами, что приводит к более быстрому затуханию неосновных мод. Поэтому реальная длина волны отсечки смещается в сторону более коротких длин волн и называется кабельной длиной волны отсечки. �начение ฀λ к.о можно оценить только экспериментальным образом, но при прокладке ВОЛС она имеет более практическое значение. Диаметр модового поля. В ОВ является важным интегральным параметром и, как правило, используется при анализе одномодовых волокон. В многомодовых ОВ размер сердцевины принято оценивать их диаметром, а в одномодовых – с помощью диаметра модового поля (dм.п). Это связано с тем, что энергия основной моды в одномодовом ОВ распространяется не только в сердцевине, но и частично в оболочке, захватывая ее приграничную область. Поэтому dм.п более точно оценивает размеры поперечного распределения энергии основной моды. �начение величины dм.п важно при стыковке волокон между собой, а также при стыковке источника излучения с волокном.

3.2. ОСНОВНыЕ ХаРакТЕРИСТИкИ ОПТИЧЕСкОГО ВОЛОкНа затухание оптического сигнала Одним из основных факторов, которые влияют на дальность распространения любого сигнала, является его затухание в среде распространения. На затухание света при передаче его в ОВ основное влияние оказывают рэлеевское рассеяние и инфракрасное поглощение. Потери на поглощение и рассеяние называют собственными потерями, поскольку они связаны с самим ОВ. С ростом длины волны рассеяние уменьшается, а поглощение, наоборот, возрастает. Поэтому диапазон длин волн для передачи света ограничен значениями примерно от 760 до 1700 нм. �атухание в этом диапазоне неоднородно и обусловлено неидеальностью направляющей среды, наличием различных примесей, резонирующих на разных частотах. Например, присутствующие в оптическом волокне ионы OH создают области сильного поглощения, называемые водяными пиками. Центральные значения водяных пиков приходятся на длины волн 1290 и 1383 нм. Таким образом, для стандартного ступенчатого волокна формируются три окна прозрачности (1–3): в областях длин волн 850, 1310 и 73

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

1550 нм, в которых имеет место меньшее по сравнению с другими диапазонами затухание света (рис. 3.5).

MOB

OOB

а, дБ/км

1,8 2,8 1

0,35 0,8 0,22 0,8 SMF MMF

2 3 0,85

1,3

1,55 λ, мкм

Рис. 3.5. �атухание света в ОВ в разных диапазонах длин волн (ООВ и МОВ – одно- и многомодовое ОВ соответственно)

�атухание нормируется в расчете на 1 км. �атухание в разных окнах прозрачности неодинаково, наименьшая его величина – примерно 0,22 дБ/км для стандартного одномодового ОВ наблюдается на длине волны 1550 нм. В связи с тем, что разработка качественных источников излучения представляла собой сложную задачу, в 1970-х гг. системы волоконно-оптической связи работали в первом окне прозрачности, поскольку выпускаемые в то время лазерные диоды и светодиоды на основе арсенида галлия работали на длине волны 850 нм. В настоящее время из-за большого затухания этот диапазон используют редко, в основном в локальных сетях. В 1980-х гг. были разработаны новые лазеры на сложных гетероструктурах, способные работать на длине волны 1310 нм, что позволило использовать для связи на большие расстояния второе окно прозрачности. Третье окно прозрачности было освоено в начале 1990-х гг. Для данного диапазона были разработаны не только новые источники света, но и специальные эрбиевые усилители оптического сигнала, имеющие равномерный коэффициент усиления 74

3.2. Основные характеристики оптического волокна

в диапазоне длин волн 1550 нм. Это предопределило использование третьего окна прозрачности для систем со спектральным (волновым) уплотнением (WD�). Внедрение в дальнейшем новых технологий производства ОВ, очистки его от примесей и, наоборот, внедрение специальных примесей позволило, во-первых, уменьшить общую величину потерь в третьем окне прозрачности до 0,1 дБ/км, во-вторых, уменьшить потери в водяном пике на длине волны 1383 нм. В настоящее время разработаны четвертое (1580 нм) и пятое (1400 нм) окна прозрачности, а также волокна, имеющие относительно хорошую прозрачность во всем ближнем инфракрасном диапазоне. Четвертое окно прозрачности простирается до длины волны 1620 нм, увеличивая рабочий диапазон систем WD�. Для других типов волокна диапазон прозрачности тоже может быть намного шире, например в кварцевом ОВ полоса пропускания может охватывать весь видимый, а также ближний и средний инфракрасный диапазон. Однако эти типы ОВ имеют гораздо большую стоимость и относительно специфическую область применения. В настоящее время с учетом современных реалий использования рабочего диапазона волокон Международный союз электросвязи утвердил спектральные диапазоны для одномодовых ОВ в интервале 1260…–1675 нм (табл. 3.3), которые указывают в спецификации кабеля, определяя область его использования. Таблица 3.3 Спектральные диапазоны для одномодовых ОВ Обозначение O E S C � U

Наименование диапазона русское английское Основной Ori�inal Расширенный Extended Коротковолновый Short wavelen�th Стандартный Conventional Длинноволновый �on� wavelen�th Сверхдлинноволновый Ultra-lon� wavelen�h

Диапазон, нм 1260–1360 1360–1460 1460–1530 1530–1565 1565–1625 1625–1675

Кроме собственных потерь в ОВ могут быть дополнительные потери мощности света, обусловленные условиями изготовления и прокладки оптического кабеля – скруткой, деформацией во75

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

локон, изгибами при прокладке кабеля и т. д. Такие потери называют кабельными потерями. Как правило, они не превышают 20 % от полного затухания ВОЛС.

Дисперсия оптического сигнала Фактором, влияющим на дальность передачи светового сигнала и уменьшающим эффективную пропускную способность ВОЛС, является также дисперсия, которая физически выражается в расширении светового импульса с расстоянием (рис. 3.6). При достаточно большом расширении импульсы начинают перекрываться, что делает невозможным их выделение на приемной стороне.

а

б

в Рис. 3.6. Расширение импульса за счет дисперсии: а – импульсы на входе в оптический сегмент; б – импульсы на расстоянии L от начала сегмента; в – импульсы на расстоянии 2L от начала сегмента

К основным типам дисперсии относят межмодовую, хроматическую (материальную и волноводную) и поляризационную дисперсии (рис. 3.7). Дисперсия Межмодовая

Хроматическая

Материальная

Поляризационная

Волноводная

Рис. 3.7. Виды дисперсии в ОВ 76

3.2. Основные характеристики оптического волокна

Межмодовая дисперсия происходит из-за различной скорости распространения мод оптического сигнала в ОВ, из-за чего происходит сдвиг максимумов и минимумов электромагнитных составляющих мод относительно друг друга. Этот вид дисперсии имеет место только при возникновении условий для многомодового распространения света. Обычно она возникает только в многомодовом ОВ. Величина межмодовой дисперсии с расстоянием достигает очень больших значений, причем у ступенчатого многомодового волокна гораздо в большей степени, чем у градиентного. Поэтому сегодня ступенчатое многомодовое волокно практически не применяют, а градиентное многомодовое волокно используют, как правило, только в ЛВС при длине линии связи не более 2,0–2,5 км. Межмодовую дисперсию определяют как квадратичную разность длительностей импульсов на выходе и входе оптического кабеля и нормируют в расчете на 1 км (пс/км). Хроматическая дисперсия состоит из материальной и волноводной составляющих и возникает как в многомодовом, так и одномодовом ОВ. Основной причиной возникновения хроматической дисперсии в ОВ является некогерентность источника излучения. Идеальный лазер всю мощность должен излучать на заданной длине волны λ฀ 0. Однако реально излучение происходит в диапазоне длин волн λ฀ 0 ± λ฀฀, т. е. лазер излучает набор волн. Световод ОВ может быть сделан из различных материалов: стекла различного типа или полимера. При этом каждый материал имеет свои показатели преломления, поглощения и рассеяния. Каждая волна из набора будет распространяться в материале со своей фазовой скоростью Vфi = c / ni, где ni – показатель преломления для волны с частотой ω฀i, а ее амплитудные характеристики будут определяться соответствующими показателями поглощения и рассеяния. Поэтому противоположного конца световода все волны, входящие в набор, достигнут в разное время и с различными амплитудными и фазовыми характеристиками. Результат суперпозиции таких волн на выходе световода приводит к размыванию световых импульсов, т. е. произойдет дисперсия электромагнитных волн, обусловленная материалом световода, так называемая материальная дисперсия �(λ฀). 77

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

Если материальная дисперсия зависит от материала световода, то волноводная дисперсия N(λ฀) определяется конструкцией самого ОВ. Последнее представляет собой волноводную структуру с изменяющимся коэффициентом преломления. Каждая длина волны имеет свой размер модового поля, который может выходить за границы сердцевины ОВ. С ростом длины волны все большая часть поля заходит в оболочку, при этом изменяется эффективный показатель преломления среды для данной волны. Таким образом, волноводная дисперсия обусловлена зависимостью эффективного показателя преломления от длины волны, которая опять же приводит к различию скоростей распространения разных длин волн из набора, излучаемого лазером. Таким образом, можно сделать вывод, что волноводная дисперсия зависит: • от радиуса сердцевины; • разности показателей преломления сердцевины и оболочки; • числа оболочек. Сочетание материальной и волноводной дисперсий называют хроматической дисперсией D(฀λ฀). Причем если коэффициент волноводной дисперсии всегда больше нуля, то коэффициент материальной дисперсии может быть как положительным, так и отрицательным. При этом важно, что при определенной длине волны (примерно (1310 ± 10) нм для ступенчатого одномодового волокна) результирующая дисперсия обращается в ноль: D(λ฀) = N(λ฀) + M(λ฀) = 0 (рис. 3.8). τ

1

3

1100 1300

λ

1500 2

Рис. 3.8. �ависимость материальной и волноводной дисперсии в стандартном одномодовом волокне от длины волны, нм: 1 – материальная дисперсия; 2 – волноводная дисперсия; 3 – суммарная хроматическая дисперсия 78

3.2. Основные характеристики оптического волокна

Хроматическая дисперсия характеризует уширение в пикосекундах, происходящее в импульсе шириной 1 нм при прохождении по волокну длиной 1 км (измеряется в пс/(нм∙км)). Хроматическая дисперсия выбрана Международным союзом электросвязи в качестве критерия для классификации одномодовых волокон. Согласно этому критерию существуют три типа таких волокон: • стандартное одномодовое волокно – наиболее распространенный тип волокна. Используют в магистральных и зоновых волоконно-оптических системах. Параметры (потери и дисперсия) этого волокна оптимизированы на одну длину волны – 1310 нм (минимум хроматической дисперсии). Его можно также использовать и в диапазоне 1525–1565 нм, где имеет место абсолютный минимум затухания в волокне; • одномодовое волокно со смещенной нулевой дисперсией, абсолютный минимум хроматической дисперсии в котором смещен в диапазон абсолютного минимума потерь в волокне (длина волны 1550 нм) путем выбора специальной формы профиля показателя преломления. Однако такое ОВ оптимизировано для высокоскоростной передачи на одной длине волны и имеет ограниченные возможности для передачи на нескольких длинах волн. Это волокно использовали при строительстве магистральных линий связи в разных странах в конце 1980-х гг.; • одномодовое волокно со смещенной ненулевой дисперсией оптимизировано для высокоскоростной передачи в небольшом диапазоне длин волн в третьем окне прозрачности (1550 нм). Хроматическая дисперсия такого волокна не равна нулю, но мала – |D| ≤ 0,1–0,4 пс/(нм⋅км), и слабо меняется вблизи нуля в указанном диапазоне волн, формируя почти плоскую дисперсионную характеристику. Волокно разработано для волоконно-оптических систем с плотным мультиплексированием по длинам волн. Профиль показателя преломления такого волокна имеет сложную форму – обычно трезубца, величина центрального зубца которого существенно больше боковых зубцов (рис. 3.9).

79

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях n n1 n2 n0 0

r1

r2

r

Рис. 3.9. Профиль показателя преломления одномодового волокна со смещенной в область длин волн 1550 нм ненулевой дисперсией

Поляризационная модовая дисперсия возникает вследствие различной скорости распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды. Как указывалось выше, согласно волновой теории каждая электромагнитная волна состоит из двух ортогональных составляющих – электрической и магнитной. В этом смысле можно говорить, что в одномодовом волокне распространяется не одна мода, а две перпендикулярные поляризации исходного сигнала. Главной причиной появления поляризационной моды является нециркулярность (овальность) профиля сердцевины одномодового волокна, возникающая в процессе изготовления или эксплуатации. В идеальном волокне, в котором отсутствует овальность, две составляющие моды распространялись бы с одной и той же скоростью (рис. 3.10, а). Однако на практике волокна имеют неидеальную геометрию, что приводит к различной скорости распространения двух поляризационных составляющих мод (рис. 3.10, б). Быстрая составляющая

а

б

τпол Медленная составляющая

Рис. 3.10. Поляризационная модовая дисперсия (τпол): а – волокно с идеальной геометрией; б – волокно с неидеальной геометрией

Из-за своей небольшой величины поляризационная модовая дисперсия может появляться исключительно в одномодовом во80

3.3. Стандарты оптических волокон

локне, причем тогда, когда используется передача широкополосного сигнала (полоса пропускания 2,4 Гбит/с и выше) с очень узкой спектральной полосой излучения (1 нм и менее). В этом случае поляризационная модовая дисперсия становится сравнимой с хроматической дисперсией.

3.3. СТаНДаРТы ОПТИЧЕСкИХ ВОЛОкОН Все основные типы ОВ, их параметры и характеристики описаны в рекомендациях серии G.65х сектора стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи (ITU-T). Каждая рекомендация описывает определенный тип ОВ, его физические параметры, технические требования к ним с учетом подразделения ОВ на отдельные виды в рамках одного стандарта. Необходимо отметить, что стандартизация ОВ была проведена также Международной электротехнической комиссией в стандартах серии IEC 60793. Однако ОВ рассматриваются в них в большей степени как электротехнические изделия, а не как направляющая система для передачи информации. Документы ITU-T содержат семь рекомендаций. 1. Рекомендация G.651.1 (характеристики многомодового ОВ с градиентным показателем преломления). Стандарт G.651.1 иногда обозначают как G.651, что не совсем правильно, так как рекомендация G.651 была исключена в августе 2008 г. G.651.1 описывает многомодовые ОВ с градиентным показателем преломления и диаметром светопроводящей сердцевины 50 мкм. Этот тип волокон применяют, как правило, в ЛВС для линий связи небольшой протяженности (примерно до 2 км). Распространен также другой тип многомодовых ОВ с диаметром сердцевины 62,5 мкм. Однако его характеристики определены не в рекомендации ITU-T G.651.1, а в стандартах серии IEC 60793. 2. Рекомендация G.652 (характеристики одномодового ОВ и кабеля). Стандартные ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления являются универсальным типом волокон, которые часто называют оптоволокном на все случаи жизни. Технологии их производства появились в начале 1980-х гг. Конструктивное уменьшение диаметра светопроводящей сердцевины по сравнению с многомодовыми волокнами с 50 до 8–10 мкм при использовании длин волн 1310 нм и выше позволило обеспечить прак81

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

1,0

25

0,8

20

α

0,6

15

0,4

10

0,2 0

5 S C L U E O 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

Дисперсия, пс/(нм∙км)

Затухание, дБ/км

тически одномодовый режим передачи, что повысило реальную полосу пропускания более чем на порядок и значительно уменьшило затухание в ВОЛС, что увеличило длину регенерационных участков до 40–50 км. При этом коэффициент хроматической дисперсии составлял примерно 20 пс/(нм∙км). В 1988 г. ITU-T впервые стандартизировал этот тип ОВ – рекомендация G.652 вошла в так называемую «Синюю книгу». Стандартные характеристики волокна G.652 показаны на рисунке 3.11. Однако после совершенствования технологического процесса дегидратации появились одномодовые волокна с так называемым сглаженным водным пиком (�WP, �ow Water Peak) (пунктирная линия на рис. 3.11). При этом для ОВ этого типа длина волны отсечки (линия λ฀с ฀на рис. 3.11) находится рядом с основной рабочей длиной волны 1310 нм. В этом случае волокна менее чувствительны к потерям из-за изгибов и других деформаций.

0 –5

D

λс

–10 –15 –20 –25 Длина волны, нм

Рис. 3.11. Спектральная зависимость коэффициентов затухания и хроматической дисперсии ОВ типа G.652

В настоящее время ОВ стандарта G.652 широко применяют в сетях связи различных типов благодаря их технологичности, 82

3.3. Стандарты оптических волокон

невысокой стоимости, пригодности для работы практически во всех спектральных диапазонах. Этот тип ОВ используют в системах волнового уплотнения WD�, в пассивных оптических сетях (PON) и других оптических технологиях для сетей доступа, а также в ЛВС для организации линий Gi�abit Ethernet и 10 Gi�abit Ethernet. Данный тип ОВ имеет коэффициент хроматической дисперсии около 2,0–3,5 пс/(нм∙км) и коэффициент затухания 0,32–0,38 дБ/км на длине волны 1310 нм и 17–18 пс/(нм∙км) и 0,17–0,25 дБ/км на длине волны 1550 нм соответственно. Рекомендация G.652 содержит параметры и характеристики четырех видов ОВ, различающихся по своим свойствам и, соответственно, по назначению: • волокна G.652A находят самое широкое применение. Их используют для работы в составе ВОЛС в транспортных сетях связи SDH (ST�-16 и ограниченно ST�-64) и ST�-256 (для внутристанционных соединений), при построении оптических сетей доступа, например PON, в ЛВС; • волокна G.652B имеют меньший коэффициент затухания и коэффициент поляризационной дисперсии, что позволяет использовать их для поддержки на транспортных сетях более высокоскоростных систем передачи ST�-64 и ST�-256. Используют также в системах с WD� для передачи потоков до ST�-64 при ограниченном числе несущих волн; • волокна G.652C аналогичны G.652A, но имеют подавленный водный пик на длине волны 1383 нм, что позволяет использовать их в диапазоне Е (1360–1460 нм); • волокна G.652D аналогичны G.652В, но имеют подавленный водный пик на длине волны 1383 нм, что позволяет использовать их в диапазоне Е (1360–1460 нм), а для систем WD� в расширенном диапазоне длин волн 1360–1565 нм (диапазоны E, S, C). 3. Рекомендация G.653 (характеристики одномодового ОВ и кабеля со смещенной дисперсией). Стандартные одномодовые ОВ на длине волны 1310 нм имеют минимальную дисперсию и, следовательно, максимальную пропускную способность, в то время как на длине волны 1550 нм – минимальный коэффициент затухания и, следовательно, максимальную длину регенерационного участка ВОЛС. Разработка ОВ с более сложными профилями показателя прелом83

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

ления (треугольный, трапецеобразный и др.) позволила сместить спектральную характеристику дисперсии таким образом, чтобы ее минимальное значение находилось в диапазоне 1550 нм. Впервые такой тип волокон со смещенной дисперсией был стандартизирован ITU-T в 1988 г. Свое распространение они получили в основном в магистральных сетях большой протяженности для передачи больших объемов информации. Рекомендация G.653 рассматривает два вида одномодовых ОВ этого типа: • волокна G.653A обычно используют в транспортных сетях связи с большой протяженностью для поддержки систем передачи SDH до ST�-64, а также для внутристанционных соединений. Возможно их использование в системах с WD� для передачи потоков до ST�-64 с неравномерным разносом несущих для работы в диапазоне длин волн 1550 нм (диапазон C); • волокна G.653B аналогичны виду G.653A, однако за счет уменьшенной поляризационной дисперсии их можно применять и для систем ST�-256 для ВОЛС протяженностью более 400 км. Поскольку для таких волокон коэффициент хроматической дисперсии стандартизирован в диапазоне длин волн от 1460 до 1625 нм, то возможно использование систем разреженного волнового мультиплексирования (CWD�) в расширенном диапазоне S–C–�. Данные типы ОВ обычно имеют коэффициент хроматической дисперсии около 2,0–3,5 пс/(нм∙км), а коэффициент затухания – 0,19–0,25 дБ/км на длине волны 1550 нм. 4. Рекомендация G.654 (характеристики одномодового ОВ и кабеля со смещенной длиной волны отсечки). Разработка ОВ данного типа была связана с появлением в середине 1980-х гг. первых морских и трансокеанских ВОЛС. В таких линиях связи требовалось, в первую очередь, обеспечить очень большие длины регенерационных участков, т. е. максимально уменьшить коэффициент затухания. Для этого в качестве сердцевины ОВ использовали не кварц, легированный оксидом германия, как в волокнах стандарта G.652, а чистый кварц. Необходимую разность показателей преломления оболочки и сердцевины обеспечивали добавлением в кварцевый материал оболочки ОВ фтора. При этом отказались от минимизации дисперсии в диапазоне 1550 нм, как в волокнах стандарта G.653. Это было связано с тем, что, во-первых, не было смысла применять на длинных 84

3.3. Стандарты оптических волокон

линиях дорогостоящие ОВ, а во-вторых, не было потребности в передаче по океанским кабелям сверхскоростных потоков. Еще одной особенностью волокон G.654 является смещение длины волны отсечки в диапазон 1530 нм, т. е. ближе к несущей 1550 нм. Это обеспечивало более благоприятный электродинамический режим, при котором наибольшая часть передаваемой энергии сосредоточена в сверхчистой кварцевой сердцевине. Рекомендация G.654 содержит параметры и характеристики трех различных видов одномодовых ОВ: • волокна G.654A находят применение, в первую очередь, в подводных ВОЛС для передачи по трансокеанским линиям потоков ST�-16 или ST�-64 с ограничением длины по хроматической дисперсии. Их также можно применять в системах с WD� в диапазонах С и �; • волокна G.654B имеют основные параметры, аналогичные G.654A. Однако больший диаметр модового поля расширяет возможности их совместного использования с подводными оптическими усилителями, а более жесткие требования к поляризационной дисперсии позволяют применять эти ОВ для передачи потоков ST�-64 или ST�-256 на больших расстояниях при условии компенсации хроматической дисперсии; • волокна G.654C аналогичны типу G.654A, однако более жесткие требования к поляризационной дисперсии позволяют использовать их для передачи потоков с большей скоростью (до 40 Гбит/с) и на бóльшие расстояния, при условии компенсации хроматической дисперсии. Данные виды ОВ обычно имеют на длине волны 1550 нм коэффициент хроматической дисперсии 18–20 пс/(нм∙км) и коэффициент затухания 0,16–0,18 дБ/км. 5. Рекомендация G.655 (характеристики одномодового ОВ и кабеля с ненулевой смещенной дисперсией). Разработка этого специфического типа одномодовых ОВ (с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF)) непосредственно связана с появлением и развитием систем волнового мультиплексирования WD�. Использование нескольких несущих длин волн при передаче по одному ОВ привело к проявлению различных нелинейных эффектов (перекрестная фазовая модуляция, четырехволновое смешение, рассеяние Бриллюэна, рассеяние Рамана и др.). Причем наибольшее воздействие этих эффектов возникает 85

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

в ОВ при значениях дисперсии, близких к нулю. Поэтому были разработаны волокна, оптимизированные для работы в системах с WD� в окне прозрачности 1550 нм. На этой длине волны такие волокна имеют небольшую (для поддержки высокоскоростных приложений), но отличную от нуля хроматическую дисперсию. При этом знак коэффициента хроматической дисперсии не имеет принципиального значения. Реализовать конструкцию такого волокна непросто. Как правило, используют сложные профили показателя преломления, например треугольный на пьедестале с депрессированной оболочкой и др. Соответственно и стоимость таких ОВ достаточно высокая. Однако возможность передачи нескольких несущих длин волн по одному ОВ достаточно быстро окупает все затраты. Волокна с ненулевой смещенной дисперсией стандарта G.655 лучше всего подходят для работы систем плотного волнового мультиплексирования (DWD�) в диапазоне C (1530–1565 нм) совместно с оптическими усилителями. При этом возможно увеличение числа несущих DWD� за счет диапазонов S и �. Возможна также работа CWD� во всем диапазоне 1460–1625 нм. Практически все новые кабельные линии имеют в своем составе несколько волокон типа G.655 для будущего развития. ITU-T впервые стандартизировал этот тип ОВ в 1996 г. Определены пять видов таких ОВ, различающихся коэффициентом хроматической дисперсии (от 1 до 10 пс/(нм∙км)) и коэффициентом поляризационной дисперсии: • волокна G.655A рекомендуют применять в транспортных сетях связи в системах с WD� ST�-64 и ST�-256 при небольшом числе несущих и канальном интервале 200 ГГц в диапазоне длин волн 1530–1564 нм; • волокна G.655B из-за более высокой поляризационной дисперсии применяют в системах с WD� для передачи потоков ST�-64 на расстояние до 400 км. Но при этом допускаются большее число несущих волн, чем для G.655A, и более плотное расположение оптических несущих (канальный интервал 100 ГГц) в диапазоне длин волн 1530–1564 нм; • волокна G.655С аналогичны виду G.655В, однако за счет уменьшенной поляризационной дисперсии могут применяться для передачи потоков ST�-64 на расстояние более 400 км и для работы ST�-256; 86

3.3. Стандарты оптических волокон

• волокна G.655D предназначены для применения аналогично виду G.655С, но в расширенном диапазоне длин волн 1460– 1625 нм (S–C–�). Кроме того, возможна работа систем CWD� на несущих от 1471 нм и выше; • волокна G.655E предназначены для применения аналогично виду G.655D, но более высокие значения коэффициента хроматической дисперсии позволяют использовать их в системах DWD� с наименьшим разнесением каналов. Данные виды ОВ имеют обычно в диапазоне С положительный или отрицательный коэффициент хроматической дисперсии около 1–10 пс/(нм∙км), а также коэффициент затухания порядка 0,20–0,25 дБ/км (на длине волны 1550 нм). 6. Рекомендация G.656 (характеристики одномодового ОВ и кабеля с ненулевой дисперсией для широкополосных транспортных сетей). Развитие систем плотного спектрального мультиплексирования привело к необходимости разработки одномодовых ОВ, максимально оптимизированных для работы именно в системах DWD� с минимальными канальными интервалами (100 ГГц и менее). Такие ОВ были разработаны и впервые стандартизированы ITU-T в 2004 г. От похожих по параметрам волокон стандарта G.655E их отличает меньший диаметр модового поля, большее положительное значение коэффициента хроматической дисперсии на длине волны 1550 нм, а также стандартизация не только дисперсии, но и коэффициента затухания в расширенном диапазоне длин волн 1460–1625 нм (S–C–�). Несмотря на сложность технологии изготовления и, соответственно, большую стоимость, волокна с ненулевой дисперсией находят применение в транспортных сетях различного назначения и протяженности. Характеристики ОВ этого типа позволяют применять их в системах как CWD�, так и DWD� и наращивать пропускную способность сети по необходимости. Рекомендация G.656, принятая в 2006 г., определяет одну модификацию этого типа ОВ. Волокно имеет обычно положительный коэффициент хроматической дисперсии около 1–14 пс/(нм∙км) в расширенном диапазоне S–C–�, а также коэффициент затухания около 0,20–0,25 дБ/км в диапазоне С и 0,25–0,30 дБ/км в диапазонах S и �. 87

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

7. Рекомендация G.657 (характеристики одномодового ОВ и кабеля, не чувствительного к потерям на макроизгибах, для использования в сетях доступа). В 2000-х гг. технологию Gi�abit Ethernet стали активно использовать по оптическим линиям связи на кампусных (между зданиями) участках сетей. При этом значительную часть оптического кабеля прокладывали внутри помещений, где трассы часто проходят под прямыми углами или в условиях стесненного пространства, а для монтажа использовали компактные распределительные устройства. Для сетей большой емкости также характерны плотная укладка соединительных шнуров и компактное размещение разъемов в кроссовых панелях. Все это часто требует прокладки оптических кабелей и шнуров с маленькими радиусами изгибов. Исследования показали принципиальное различие использования ОВ с допустимым радиусом изгиба не более 10 мм и не более 5 мм. В последнем случае могут быть значительно сокращены затраты на прокладку кабелей по реальным трассам, уменьшены размеры кассет и кабельных боксов, допускается более плотное расположение шнуров и разъемов в кроссе. В декабре 2006 г. ITU-T выпустил новую рекомендацию G.657, нормирующую параметры и характеристики одномодовых ОВ, малочувствительных к изгибам и предназначенных для использования в оптических сетях доступа. Рекомендация G.657 определяет два вида таких ОВ: • волокна G.657A, для которых самое малое нормированное значение радиуса изгиба составляет 10 мм; • волокна G.657В, для которых самое малое нормированное значение радиуса изгиба составляет 5 мм. В настоящее время эти ОВ нашли широкое применение в пассивных оптических сетях (PON).

3.4. ВОЛОкОННО-ОПТИЧЕСкИЕ кабЕЛИ конструкция волоконно-оптического кабеля ОВ сами по себе являются хрупкими элементами, поэтому при использовании для передачи информации их формируют в волоконно-оптический кабель (ВОК). Существует большое количество разновидностей ВОК, но чаще всего их разделяют по 88

3.4. Волоконно-оптические кабели

месту использования – ВОК для наружной или внутренней прокладки. ВОК для внутренней прокладки используют внутри помещений, в центрах обработки данных, серверных, при организации ЛВС. Это простые по конструкции кабели: оболочка, внутри которой находятся пластиковые трубочки-модули, а в них – сами волокна. ВОК для наружной прокладки имеют гораздо более сложную конструкцию (рис. 3.12), зависящую от условий прокладки: • для подвеса (с кевларом или тросиком); • грунта (с броней из железных проволочек); • прокладки в кабельной канализации (с броней из гофрированного металла); • подвеса на опорах ЛЭП (кроме передачи информации выполняют роль молниезащитного троса); • подводные (сложная, сверхзащищающая многослойная конструкция).

Рис. 3.12. Оптоволоконные кабели

В общем случае структура ВОК имеет строгую последовательность элементов, которые могут присутствовать или отсутствовать в конструкции в зависимости от типа кабеля и условий его прокладки. Структура ВОК показана на рисунке 3.13. Чаще всего центральный силовой элемент – это пруток из стеклопластика, но можно применять и тросик в полиэтиленовой оболочке. Центральный силовой элемент служит для центрирования трубок-модулей и придания жесткости всему кабелю. Его также используют для крепления кабеля в муфте или оптическом кроссе путем зажима под выделенный для этого крепежный элемент (винт, скоба). Может также быть одет в полиэтиленовую оболочку для защиты от разрушения при сильном изгибе кабеля. 89

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

7

6

5

4

3

2

1

Рис. 3.13. Структура ВОК: 1 – центральный силовой элемент; 2 – ОВ (как правило, в лаковой изоляции); 3 – пластиковые трубочки-модули, в которых находятся волокна; 4 – пленка, оплетающая модули; 5 – внутренняя оболочка из полиэтилена; 6 – кевларовые нити или броня; 7 – внешняя защитная оболочка из полиэтилена

ОВ бывают стеклянными и пластиковыми. Пластиковые ОВ имеют очень ограниченную область применения. Без лаковой изоляции толщина стеклянного ОВ составляет 125 мкм (чуть толще человеческого волоса). Лак необходим, во-первых, для предохранения волокна от умеренных повреждений и, вовторых, если лак цветной, – для цветовой маркировки волокон согласно стандарту. Вместе с лаком толщина волокна составляет примерно 250 мкм. Для большей сохранности волокон модули могут быть заполнены специальным веществом – гидрофобом. Количество модулей в кабеле может быть различным: от одного до нескольких десятков. Иногда из всего кабеля используют только один или два модуля, тогда вместо остальных вкладывают модули-пустышки, обычно черного цвета (чтобы габаритные параметры кабеля не изменились). В каждом модуле содержится обычно от 4 до 12 волокон. Общая же емкость кабеля может составлять от 4 до 256 волокон и более. Оплетающая пленка играет дополнительные защитные функции – демпфирующую, снижающую трение внутри кабеля, дополнительную защиту от влаги. Часто бывает дополнительно стянута нитками крест-накрест и с обеих сторон смочена гидрофобным гелем. Дополнительную защиту от влаги обеспечивает тонкая внутренняя оболочка из полиэтилена между кевларом (броней) и модулями (может отсутствовать). 90

3.4. Волоконно-оптические кабели

Броня может быть из прямоугольных прутков, чаще встречается из круглой проволоки. Броня предназначена для защиты кабеля, лежащего прямо в грунте (без защиты в виде пластиковой трубы, кабельной канализации и пр). Кевлар применяют для придания кабелю прочности на разрыв, при этом кевларовые нити не создают дополнительного веса. Часто кевлар применяют вместо центрального троса, если в кабеле не должно быть металла во избежание электромагнитных наводок. Рассмотренный кабель имеет симметричную структуру, относительно простую в изготовлении. Однако в последнее время из-за постоянно возрастающей плотности кабельных систем и необходимости минимизации пассивного оборудования появилась потребность уменьшения размеров ВОК, что привело к развитию производства ленточных кабелей (рис. 3.14). Кабель такого типа состоит из слоев, обычно по 12 волокон, выложенных в ряд. Такая компоновка обеспечивает сравнительно небольшие размеры кабеля, например 144 волокна, уложенные таким образом, будут иметь диаметр сечения всего 6 мм (без оболочки). Некоторые конструкции этого типа кабеля имеют сотовую сердцевину, содержащую до шести компоновок по 144 оптических волокна, т. е. в одном кабеле может быть до 864 оптических волокон. 4-волоконная лента 1

3

2

8-волоконная лента 12-волоконная лента

4 5 6

12-волоконный ленточный оптический кабель

Рис. 3.14. Ленточный ВОК: 1 – модуль оптических лент; 2 – оптические ленты; 3 – центральный силовой элемент; 4 – заполнение; 5 – внутренняя защитная оболочка; 6 – внешняя защитная оболочка

В странах СНГ такие кабели пока применяют достаточно редко, поэтому нет и соответствующего для их монтажа оборудования (скалывателей, сварочных аппаратов, термострипперов и т. д.). 91

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

Разделка волоконно-оптического кабеля При монтаже кабеля (при необходимости срастить строительные длины кабеля, провести ремонтные (восстановительные) работы, установить оптический кросс и т. д.) на первом этапе работ выполняют разделку ВОК. Разделка кабеля – очень важный этап, поскольку от правильности его выполнения во многом зависит качество всего монтажа. Рассмотрим методику разделки типичного кабеля: 1) перед разделкой ВОК при ремонте в реальных условиях следует отрезать ножовкой примерно 1 м от конца поврежденного кабеля (если это позволяет запас), так как воздействие влаги негативно влияет на ОВ и прочие элементы кабеля. При монтаже нового кабеля этого делать не нужно; 2) при наличии в конструкции кабеля отдельного троса для подвески (когда кабель в поперечном сечении имеет форму цифры «8»: в нижней части – кабель, в верхней – тросик) его выкусывают тросокусами и срезают ножом. При срезании троса важно не повредить кабель; 3) для снятия внешней оболочки ВОК используют специальный нож-стриппер. Последний имеет вращающееся во все стороны лезвие, которое регулируют по длине в соответствии с толщиной внешней оболочки кабеля, а также прижимной элемент для удержания на кабеле. Очень важно правильно установить длину лезвия. При маленькой длине оболочка легко не снимется, при большой – можно затупить вращающееся лезвие о броню или повредить модули. Поэтому перед разделкой ВОК необходимо попробовать нож-стриппер на кончике кабеля. Если надрез слишком глубокий и повреждены модули, лезвие надо подкрутить покороче. Ножом-стриппером для снятия внешней оболочки ВОК делают круговой разрез на кабеле, а затем от него – два параллельных разреза с противоположных сторон ВОК в сторону конца кабеля, чтобы внешняя оболочка распалась на две части (рис. 3.15); 4) удаляют внутренние защитные элементы. Если кабель самонесущий с кевларом, то кевлар срезают тросокусами либо ножницами со специальными керамическими лезвиями. Кевлар не следует срезать ножом или простыми ножницами, так как он быстро тупит металлический режущий инструмент. В зависимости от конструкции монтируемого устройства (муфта, кросс, коробка) требуется оставить часть кевлара определенной длины для крепления и фиксации кабеля (это, как правило, указано в инструкции по монтажу устройства). 92

Повернуть 5–10 раз

3.4. Волоконно-оптические кабели

Рис. 3.15. Снятие оболочки кабеля

Если кабель бронирован круглыми проволоками, их следует откусить тросокусами небольшими партиями, по 2–4 проволоки. Для некоторых муфт требуется оставить определенную длину брони для фиксации или заземления. Если кабель из брони содержит лишь металлическую гофру, ее можно разрезать продольно специальным инструментом, например усиленным плужковым ножом. В крайнем случае, при отсутствии специального инструмента, можно осторожно сделать маленьким труборезом или обычным ножом на гофре круговую 93

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

риску и, пошатывая, добиться роста усталости металла в месте риски и появления трещины. После этого следует аккуратно отломать и стянуть гофру. Такую разделку нужно осуществлять особенно осторожно, чтобы не повредить модули и волокна, поскольку гофра достаточно мягкая, может вдавиться в том месте, где на нее воздействуют инструментами, и при стягивании с волокон острые края металла в месте надлома могут надрезать модули и повредить волокна; 5) для внутренней, более тонкой, оболочки (или для кабелей внутренней прокладки с тонкой оболочкой) следует использовать стриппер-прищепку. Можно использовать также нож-стриппер такой же, как для снятия внешней оболочки кабеля, но в этом случае особенно важно правильно выставить длину лезвия, так как внутренняя оболочка существенно тоньше, а сразу под ней находятся модули с волокнами. При определенном навыке для удаления внутренней оболочки можно использовать обычный монтажный нож, производя им продольный разрез. Однако при этом можно повредить модули; 6) с модулей при помощи салфеток и специальной жидкости D-Gel удаляют гидрофоб, нитки, пластиковую пленку и прочие вспомогательные элементы. Растворитель D-Gel – это бесцветная маслянистая жидкость с запахом апельсина, токсичная, поэтому работать следует в одноразовых перчатках (хирургических, полиэтиленовых или строительных). После удаления ниток и разделения жгута модулей на отдельные модули каждый модуль протирают салфетками или ветошью с растворителем D-Gel, а затем спиртом до чистого состояния. На этом шаге, как правило, из кабеля удаляют модулипустышки, которые просто откусывают. Перед откусыванием необходимо еще раз убедиться, что в модуле нет волокон; 7) на следующем шаге необходимо снять пластиковые трубочки-модули с ОВ. Для этого каждый модуль надкусывают стриппером для модулей (рис. 3.16) на необходимую длину, после чего модуль без особых усилий стягивают с волокон. Длину освобождаемых волокон обычно выбирают в пределах 1,5–2,0 м. Такой запас нужен для того, чтобы при дальнейшем монтаже можно было уложить волокна в кассету наиболее удобным способом. Излишки волокна впоследствии можно отрезать. 94

3.4. Волоконно-оптические кабели

Рис. 3.16. Стриппер для оптических модулей

При выполнении этой операции очень важно выбрать на стриппере выемку точного диаметра: если выемка больше, чем нужно, модуль не надкусится достаточно, чтобы его можно было легко снять, если меньше – существует риск повредить волокна в модуле. Кроме того, следует внимательно следить за собачкойфиксатором стриппера: если в момент надкусывания модуля она заблокирует обратный ход стриппера, зафиксировав его в сомкнутом состоянии, то, чтобы разнять стриппер и откинуть фиксатор, придется снова сомкнуть инструмент на уже надкусанном модуле. При этом можно перекусить модуль, что приведет к необходимости заново разделывать кабель. При стягивании модулей следует убедиться, что все волокна целы и ни одно волокно не выступает из стянутого модуля. Существуют конструкции кабеля, где модули выполнены в виде жестких пластиковых трубок в центре кабеля. Для снятия такого модуля его следует надрезать по кругу специальным труборезом, а затем осторожно надломить в месте круговой риски и стянуть с волокон. Ни в коем случае не следует прикладывать усилия при стягивании модулей, так как растяжение может деформировать волокна, что скажется на затухании в этом месте, даже если волокна не порвутся. Если модуль не стягивается с волокон без усилий (например, из-за большой длины, низкой температуры окружающей среды), то следует надкусывать и снимать модуль в несколько приемов, по частям и медленно; 8) волокна следует хорошо протереть безворсовыми салфетками, чтобы полностью удалить гидрофобный заполнитель или попавшую грязь. Сначала волокна протирают сухой салфеткой, затем салфетками, смоченными в изопропиловом либо этиловом спирте. Волокна должны быть чистыми. Чистота волокон, особенно ближе к концам, имеет большое значение для качественной сварки. Необходимо еще раз проверить, чтобы все волокна были целыми: проверить целостность лакового покрытия, отсут95

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

ствие грязи, сломанных частей. Если лак на каком-то волокне поврежден, следует провести операцию по разделке кабеля заново, так как если волокно сломается, когда сварка кабеля будет закончена, придется всю работу начинать сначала. Если же повреждение волокна будет обнаружено при проведении приемных испытаний, то, возможно, придется полностью демонтировать весь кабель; 9) на завершающем этапе разделанные кабели необходимо зафиксировать в устройстве, в котором будет проходить дальнейший монтаж (муфте, оптическом кроссе или боксе), при этом муфту или кросс при возможности фиксируют на рабочем столе. При выполнении операции разделки ВОК возникает дилемма: сначала ввести кабель в муфту или кросс через специальные отверстия, а затем производить его разделку, или наоборот. В этой ситуации необходимо рукодствоваться принципом целесообразности и удобства работы. При фиксации кабеля в муфте или в кроссе следует руководствоваться инструкцией по монтажу для конкретного устройства. Фиксацию можно проводить с использованием брони, гофры, кевлара и пр. Следующим этапом монтажа ВОК является сварка или механическое соединение ОВ. Использованные салфетки, обрезки оболочки кабеля, сколотые волокна и другой мусор обязательно следует утилизировать в процессе работы, поскольку они опасны для здоровья и окружающей среды.

3.5. СОЕДИНЕНИЕ И ТЕРМИНИРОВаНИЕ ОПТИЧЕСкИХ ВОЛОкОН Скалывание оптических волокон Оптические кабели являются элементами информационной сети, которые подключают к различному оборудованию, обеспечивая его высокоскоростное взаимодействие. Для обеспечения такого подключения кабель должен быть оконцован специальными разъемами – оптическими коннекторами, изготавливаемыми как отдельные элементы или в составе пигтейла. Оптические кабели также можно соединять друг с другом в случае построения протяженной линии связи или при устранении обрыва ВОК. 96

3.5. Соединение и терминирование оптических волокон

В этом случае ОВ разных кабелей следует сращивать между собой. В любом случае можно использовать механическое соединение (терминирование) ОВ или сварку. Перед проведением сварки или механического соединения волокно должно быть специальным образом подготовлено. Вопервых, с него должно быть удалено защитное лаковое покрытие и, во-вторых, для точного соединения двух волокон их торцы должны быть сколоты под определенным углом. В подавляющем большинстве случаев этот угол составляет 90°, т. е. ОВ должно быть сколото строго перпендикулярно, но иногда для специального применения угол может быть другим. Ровный скол под определенным углом перед соединением двух ОВ критически важен. Только в этом случае свет будет переходить из одного волокна в другое с минимальными потерями. При плохом сколе (рис. 3.17) потери света будут очень большими или соединение двух ОВ вообще будет невозможно.

а

б

Рис. 3.17. Скол ОВ под микроскопом: а – плохой; б – хороший

Для скалывания ОВ используют специальное устройство – скалыватель. Обычный скалыватель – это механическое прецизионное устройство, задача которого – отколоть конец волокна таким образом, чтобы плоскость скола была как можно ровнее и как можно перпендикулярнее самому волокну. Для скалывания ОВ под другими углами применяют электронные скалыватели. Имеется большое количество моделей скалывателей, различающихся по конструкции, материалу режущего элемента, качеству сборки и, соответственно, по цене. Качество скалывателя определяют следующие параметры: получение ровного скола, степень 97

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

отличия плоскости скола от 90°, частота ломки волокна, удобство в работате, ресурс скалывателя. Устройство типичного механического скалывателя показано на рисунке 3.18. 1 12

2 3 4

11

5 8 9 10

6 7

Рис. 3.18. Устройство механического скалывателя: 1 – крышка скалывателя; 2 – резиновые подушки, прижимающие волокно; 3 – «рельса» и скользящий по ней упор (когда упор соскакивает, подпружиненная деталь на крышке падает и ломает волокно); 4 – подпружиненная деталь (ломает волокно по нанесенной ножом царапине); 5 – контейнер для сколотых волокон с крышкой на магнитном лифте; 6 – круговой нож; 7 – подвижная каретка с ножом; 8 – регулировочный винт; 9 – линейка; 10 – канавки для волокна и пигтейла; 11 – пружина, смягчающая закрытие крышки; 12 – фиксатор волокна

Работу с помощью механического скалывателя выполняют следующим образом: • волокно, предварительно зачищенное от лака и протертое безворсовой салфеткой, смоченной в спирте, фиксируют в канавке для волокна с помощью фиксатора; 98

3.5. Соединение и терминирование оптических волокон

• при закрытии крышки скалывателя алмазный или выполненный из твердой стали нож осуществляет рабочий проход, делая на ОВ поперечную микроцарапину; • при нажатии на крышку скалывателя к волокну прикладывают минимально необходимое усилие, чтобы оно сломалось аккуратно по поцарапанному месту. Основным элементом скалывателя является специальный круговой 16-позиционный нож (рис. 3.19). Его ресурс и качество скола в значительной степени зависят от материала изготовления. В хороших скалывателях он достигает 45 000 сколов. Когда нож проходит полный оборот, его соответствующим регулировочным винтом Рис. 3.19. Нож поднимают на несколько микрон и он проходит оптического второй оборот, затем второе поднятие и третий скалывателя оборот. После этого, как правило, нож меняют. Рассмотрим методику скалывания одиночного ОВ на механическом скалывателе: 1) волокно зачищают стриппером для ОВ на определенную длину (обычно около 3 см). Оптический стриппер (рис. 3.20) – это тонкий и дорогой инструмент. Выемка на его лезвиях отвечает строгим допускам: он должен за один проход снять лак с ОВ без остатка и при этом не расколоть стекло. Поэтому использовать его для других целей (перекусывать пластиковые стяжки Рис. 3.20. Стриппер и тем более проволочки) не допускается. для ОВ Очищенное волокно тщательно протирают безворсовой салфеткой со спиртом (каждое волокно необходимо протирать новой салфеткой). �апрещено касаться стекла пальцами; 2) открывают фиксатор и крышку скалывателя, ОВ осторожно закладывают в скалыватель и прижимают фиксатором. Волокна в лаковой оболочке закладывают в тонкую канавку, а пигтейлы в оболочке – в широкую. �акладывать в скалыватель толстые патч-корды нельзя – их нужно предварительно разделать как кабель, освободив волокно. Волокно закладывают таким образом, чтобы граница между лаковым покрытием и очищенным стеклом оказалась на опреде99

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

ленной цифре на линейке, показывающей, сколько миллиметров оголенного стекла останется после скола. Для каждого сварочного аппарата или механического коннектора эту цифру определяет производитель. Если сколоть волокно на меньшую длину, на сварочном аппарате не хватит диапазона подачи кареток, чтобы свести волокна, и он, как правило, выдает ошибку типа: «Предел подачи» или «�аново уложите волокно». Если после скола, наоборот, останется слишком много оголенного стекла, то сварка пройдет нормально, но защитная гильза может по длине оказаться короче, чем очищенный стеклянный участок волокна, и не защитить полностью оголенное волокно. В этом случае волокно без защитного лака может легко сломаться от изгиба на выходе из гильзы; 3) производят скол ОВ. В некоторых моделях скалывателя для этого достаточно нажать на крышку, в других – надо ее закрыть, толкнуть пальцем каретку и снова открыть; 4) открывают фиксатор и крышку скалывателя, осторожно извлекают сколотое волокно и визуально проверяют его целостность. Если повреждений ОВ не обнаружено, его сразу помещают в сварочный аппарат или механический соединитель, потому что любое прикосновение сколотым концом к чему-либо вызывает его загрязнение. Если конструкция скалывателя предусматривает наличие контейнера для сбора сколотых волокон, отколотый конец волокна в зависимости от конструкции контейнера либо сам затягивается в него, либо остается торчать в специальных круглых валиках. В первом случае нужно проконтролировать, нормально ли затянуто волокно в контейнер (слишком длинное может не поместиться, иногда волокно может соскочить и не затянуться в контейнер). Во втором случае надо специальной ручкой прокрутить валики, чтобы волокно втянуло в контейнер. При отсутствии контейнера сколотый конец волокна падает на стол рядом со скалывателем. В этом случае необходимо прилепить к нему кусочек изоленты и утилизировать. После проведения скалывания ОВ готово к операциям по сварке или механическому соединению.

Сварка оптических волокон Сварка оптических волокон – наиболее распространенная операция при соединении волокон между собой или оптическо100

3.5. Соединение и терминирование оптических волокон

го волокна с пигтейлом. Во-первых, качество такого соединения очень высокое, затухание в месте сварки, выполненной профессиональным аппаратом, составляет 0,01–0,05 дБ. Во-вторых, надежность сварного соединения выше (концы волокон спаивают друг с другом), что гарантирует долговременную эксплуатацию такого соединения. Сварку волокон выполняют с помощью специального прибора – сварочного аппарата для ОВ, который может в автоматическом режиме выполнить весь технологический процесс: сведение (юстировка) ОВ, дополнительная очистка, сварка волокна, предварительное тестирование после сварки. Кроме этого все современные сварочные аппараты комплектуют печкой для термоусадки защитных гильз. Сварочные аппараты можно классифицировать: • по количеству свариваемых волокон – аппараты для сварки одиночного ОВ и аппараты для групповой сварки ленточного ОВ. Наиболее широко используют аппараты для сварки одиночного ОВ благодаря их универсальности и невысокой стоимости (рис. 3.21). Большинство методик работы по сварке ОВ рассчитаны именно на эти аппараты. Аппараты для групповой сварки имеют гораздо меньшее распространение, поскольку предназначены для решения узкой специфической задачи;

а

б Рис. 3.21. Сварочные аппараты для ОВ: а – Fujikura; б – Furukawa

• методу юстировки ОВ – с юстировкой по внешней оболочке и по сердцевине волокна. Аппараты с юстировкой по внешней оболочке более простые по конструкции (и соответ101

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

ственно дешевле), центрируют волокна, сдвигая их по двум особо ровным �-образным канавкам. Камеру и экран в них используют лишь для контроля оператором и примерной оценки потерь. Качество сварки у них хуже, чем у аппаратов с юстировкой по сердцевине волокна, поскольку волокно может иметь эксцентриситет, овальность или некоторое осевое смещение центрального 8-микрометрового сердечника. На качество также будут влиять пыль или микроцарапины на канавках, что резко ухудшает соосность сердечников в волокнах и соответственно качество сварки. Такие аппараты используют, как правило, для спайки многомодовых волокон или при монтаже FTTx сетей, где длина линии невелика и небольшое затухание на сварке не является критичным. Сварочные аппараты с юстировкой по сердцевине волокна производят взаимное выравнивание волокон на просвет как по оболочке, так и по сердцевине, ориентируясь по картинке с двух стоящих под углом 90° камер с микроскопами – так называемый метод PAS (Pro�ile Ali�nment System). Сервомоторы в таких аппаратах обычно могут двигать волокна влево-вправо, вниз-вверх, вперед-назад, а микроскопы на камерах могут менять фокус для точной фокусировки. Это достаточно дорогие, качественные аппараты профессионального уровня, которые обладают также дополнительными функциями: могут производить примерную оценку величины затухания на сварке (высчитывая ее по определенному алгоритму, используя изображение сварки на экране), проводить тест на прочность сварки и др.; • специальные и лабораторные сварочные аппараты для сварки определенных типов волокон, например волокон с сохранением поляризации. Такие аппараты очень дорогие, имеют большое количество гибких настроек, требуют дополнительно специального оборудования (например, специальных скалывателей). Сварку волокон выполняют в строгой последовательности, в соответствии с их нумерацией. Нумеруют как сами ОВ, так и модули, в которых они находятся. Нумерация определяется цветом. В разных странах и у разных производителей может существовать своя система цветовой нумерации модулей и ОВ, что создает определенные проблемы при монтаже ВОЛС. Поэтому большинство производителей ВОК стали придерживаться стан102

3.5. Соединение и терминирование оптических волокон

дарта TIA/EIA 598С-2005, в соответстви с которым определено 12 основных цветов для маркировки модулей и ОВ (табл. 3.4). Таблица 3.4 Цветовая маркировка оптичеких волокон и модулей согласно стандарту TIA/EIA 598С–2005 Номер волокна (модуля)

Цветовой код

1

Синий (Blue)

2

Оранжевый (Oran�e)

3

�еленый (Green)

4

Коричневый (Brown)

5

Серый (State)

6

Белый (White)

7

Красный (Red)

8

Черный (Black)

9

Желтый (Yellow)

10

Фиолетовый (�iolet)

11

Розовый (Rose)

12

Голубой (Aqua)

Цвет

Согласно цветовому коду TIA/EIA 598С–2005 возможно промаркировать до 144 волокон в ВОК – 12 модулей по 12 ОВ (рис. 3.22). Однако современные кабели могут быть гораздо большей емкости. Поэтому при количестве модулей более 12 применяют дополнительные цвета (по аналогии с маркировкой медных проводников кабеля UTP) – синий с черной полосой (точкой), оранжевый с черной полосой (точкой), зеленый с черной полосой (точкой) и т. д., за исключением черного модуля, который маркируют черным с желтой полосой (точкой). Одновременно со стандартом TIA/EIA 598С–2005 в настоящее время в странах СНГ можно встретить старые типы ВОК (особенно при ремонте существующих ВОЛС), где используют маркировку, описанную в ГОСТ Р 53246–2008.

103

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях 36 волокон

120 волокон

60 волокон

72 волокна

96 волокон

144 волокна 1 2 3 4 5 6 7

Рис. 3.22. Примеры маркировки модулей в ВОК согласно TIA/EIA 598С–2005: 1 – модуль волокон; 2 – центральный силовой элемент; 3 – покрытие центрального силового элемента; 4 – гидрофобное заполнение; 5 – защитная пленка; 6 – внутренняя оболочка; 7 – внешнее покрытие

В этом случае модули маркируют следующим образом (рис. 3.23). Первым модулем всегда является красный (1). Следующий по счету модуль будет тот, который, во-первых, является тоже цветным и, во-вторых, расположен рядом с красным (2). При этом цветной модуль, расположенный рядом с красным, может быть любым – желтым, зеленым, синим. Следующий (третий) модуль (3) может быть в зависимости от кабеля как еще одним цветным, так и белым (бесцветным). С противоположной стороны от красного будет всегда располагаться или белый (бесцветный), или черный модуль-пустышка. При таком способе маркировки важно следующее: первые два цветных модуля своим расположением задают направление «обхода» по кругу модулей в кабеле – либо по часовой стрелке, либо против. 104

3.5. Соединение и терминирование оптических волокон Внешняя оболочка Броня 1

2 3 5 4

Внутренняя оболочка Центральный силовой элемент

2

1

3 4

5

Модули с волокнами Модули-пустышки Рис. 3.23. Примеры маркировки модулей в ВОК согласно ГОСТ Р 53246–2008

Таким образом, красный модуль является всегда первым, цветной рядом с ним – вторым, следующий по повиву – третьим, следующий по тому же направлению «обхода» по кругу – четвертым и т. д. Перед сваркой модули необходимо обязательно промаркировать, поскольку при сварке бесцветные модули легко перепутать, а устранить такую ошибку монтажа впоследствии трудоемко и затратно по времени. При сварке ОВ всегда используют специальный комплект для защиты сварки (КД�С): одноразовую составную гильзутермоусадку, назначение которой – защитить место сварки (точнее, очищенное от лака стекло). КД�С состоит из трех частей: внутренняя трубочка из легкоплавкого пластика, наружная трубочка из пластика с термоусадочными свойствами и вставленная между ними железная проволочка для обеспечения жесткости. КД�С одевают перед сваркой на одно из свариваемых волокон. После завершения сварки волокон КД�С надвигают на место сварки таким образом, чтобы полностью скрыть оголенное стекло, а затем вместе с волокном закладывают в печку сварочного аппарата. В печке внутренняя трубочка расплавляется, обволакивая сваренные волокна, а внешняя термоусаживается. В один КД�С положено закладывать только одну пару волокон. КД�С бывают разной длины – 40, 45 и 60 мм. Чем меньше размер гильзы КД�С, тем меньше требуется времени на ее усадку, тем меньше места они занимают в кассете. Рассмотрим методику сварки одиночного ОВ на типичном сварочном аппарате. Перед работой, как правило, проводят диагностику аппарата, калибровку, тест дуги, очистку электродов 105

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

мощным током. Устанавливают соответствующее время работы печки (используют заранее настроенные режимы для КД�С 40 или 60 мм). �атем работу осуществляют в следующем порядке: 1) проводят очистку и скол первого свариваемого волокна, после чего его закладывают в аппарат с одной стороны, фиксируя зажимами. На второе волокно одевают защитную гильзу КД�С, после чего проводят его очистку и скол, затем закладывают в аппарат с другой стороны, фиксируя зажимами. �акрывают защитную крышку; 2) сварочный аппарат автоматически (или по нажатию кнопки) начинает сводить волокна, пока они не окажутся в его оптической системе, состоящей из камер-микроскопов и зеркал на внутренней поверхности крышки; 3) когда волокна сводятся на определенное расстояние, аппарат выдает небольшой электрический разряд, образующий короткую слабую дугу, очищающую с волокон микрозагрязнения; 4) после очистки аппарат визуально определяет (тестирует) чистоту волокон и качество сколов. Если тест неудовлетворительный, аппарат отказывается от продолжения сварки и выдает ошибку. В этом случае подготовку волокон надо провести заново. Если тест удовлетворительный, аппарат продолжает сведение волокон с прецизионной точностью; 5) когда волокна сведены практически вплотную, примерно на 1–2 с включается основная мощная электрическая дуга, в которой волокна разогреваются и в разогретом виде прижимаются друг к другу для спаивания. После выключения дуги место сварки за несколько секунд остывает; 6) аппарат оценивает качество сварки по изображению (нет ли вздутий, пузырей, смещения и пр.) и по заложенному в него алгоритму определяет затухание в месте полученной сварки (рис. 3.24). Это примерное значение, которое во многом зависит от алгоритма расчета. Однако если аппарат показывает большое затухание, сварку необходимо переделать. Информация о сварке (дата, время, затухание) сохраняется в памяти аппарата; 7) после завершения сварки аппарат проводит тест на прочность – с дозированным усилием пытается развести сваренные волокна обратно. Если при этом сварка не порвалась, тест пройден. Тест на прочность можно отключить; 106

3.5. Соединение и терминирование оптических волокон

Рис. 3.24. Сварка ОВ на экране сварочного аппарата

8) спаянное волокно аккуратно извлекают, на место сварки надвигают гильзу КД�С (важно, чтобы края лакового защитного покрытия обоих волокон заходили в КД�С, т. е. чтобы после усадки гильзы на волокне не было участков с голым незащищенным стеклом) и затем помещают в печку, где КД�С усаживается, защищая место сварки от внешних воздействий; 9) после окончания времени, отведенного на термоусадку, аппарат выдает звуковой сигнал. Волокно с еще горячей гильзой КД�С достают и укладывают на специальную полочку для охлаждения (на обычном столе горячий пластик может прилипнуть, необходимо некоторое время для остывания гильзы). После завершения сварки соединенные волокна, как правило, укладывают в кассету оптического кросса, муфты и пр.

Механическое соединение и терминирование оптических волокон Механическое соединение ОВ основано на механизме точной центровки и соединения двух волокон путем их плотного прижатия друг к другу. К такому соединению предъявляют повышенные требования по точности скола ОВ – отклонение от перпендикуляра не более 0,5°. Кроме того, для уменьшения эффектов 107

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

отражения света внутри механических соединителей используют специальный иммерсионный гель, обладающий гидрофобными свойствами, показатель преломления которого близок к показателю преломления стекла сердечников волокон. Механическое соединение волокон изначально позиционировали как дешевую и быструю альтернативу сварным соединениям. Со временем, когда цены на оборудование для сварки ОВ снизились, а качество волокна и требования к параметрам линии выросли, механические соединения стали менее актуальны. Однако, несмотря на это, механическое соединение обладает определенными преимуществами: 1) не требуется дорогостоящий сварочный аппарат (однако нужны скалыватель и другой инструмент); 2) выше мобильность работника (не нужно носить с собой большой кейс со сварочным аппаратом); 3) подходит как дешевый резервный вариант для временного восстановления связи, когда сварочного аппарата нет или разрядился аккумулятор (ремонт осуществляют в полевых условиях); 4) механические соединители, как правило, можно установить в стандартную кассету вместо КД�С; 5) один механический соединитель обычно может выдержать несколько повторных соединений волокон, в то время как гильза КД�С одноразовая. К недостаткам механического соединения можно отнести следующее: 1) более высокие потери на соединение, чем при сварке; 2) затраты времени не намного меньше, чем при сварке; 3) ниже надежность соединения; иногда (от вибрации или со временем) соединение может нарушиться, особенно если соединитель используют повторно; 4) хотя стоимость механического соединения изначально невысокая по сравнению со сварочным аппаратом, с учетом срока эксплуатации последнего стоимость одного сварного соединения ОВ ниже, чем механического; 5) многие заказчики не допускают применения в своих сетях механических соединителей. Существует множество типов механических соединителей, но, наверное, самые известные из них – это Fibrlok (рис. 3.25) и Corelink. 108

3.5. Соединение и терминирование оптических волокон 1

5 4 а

3

2

б Рис. 3.25. Механический соединитель Fibrlok: а – внешний вид; б – конструкция; 1 – пластиковая крышка; 2 – закрепленные волокна; 3 – пластиковое основание; 4 – металлический элемент; 5 – волокно

Соединитель Fibrlok ibrlok представляет собой пластиковый параллелепипед, состоящий из трех частей. Первая часть – это пластмассовое U-образное основание-желоб. В него вставляют две другие части: пластмассовую П-образную в сечении крышку с защелками и металлическую �-образную в сечении канавку с круглым ложем не дне для волокна. В эту канавку с обеих сторон вставляют подготовленные сколотые волокна, концы которых обычно обмакивают в специальный иммерсионный гель для снижения потерь и отражений от перехода света из стекла в воздух и обратно в стекло. В некоторых конструкциях капля иммерсионного геля может уже быть внутри соединителя. Когда волокна заложены, сверху на эту канавку одевают П-образную крышку-фиксатор, которая сжимает �-образную канавку, плотно фиксируя вставленные волокна. Саму крышку фиксируют защелками. Для открытия соединителя фиксаторы необходимо отщелкнуть, приложив определенное усилие. Механический соединитель Corelink имеет схожий принцип работы, но для корректного открытия соединителя в комплект входит специальный ключ. Кроме механического соединения волокон друг с другом при терминировании ОВ в оптическом кроссе в качестве альтернативы сварному пигтейлу можно применять механический коннектор. Необходимость применения механических конекторов обу109

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

словлена теми же причинами, что и механических соединителей: быстро и относительно надежно производить терминирование оптических волокон без применения сварочного аппарата. Чаще всего для этих целей применяют неполируемые оптические коннекторы, соединительная часть которых изготовлена в заводских условиях. (Термин «неполируемый» в названии коннектора означает, что монтажнику не нужно проводить полировку торца ОВ после сборки коннектора.) Неполируемые коннекторы выпускают в комплекте со специальным станком для монтажа (рис. 3.26). У разных производителей конструкции станка различаются, но принцип работы одинаковый.

а

б Рис. 3.26. Механический неполируемый коннектор Sumitimo: а – внешний вид; б – расположение в станке при монтаже

Рассмотрим методику монтажа неполируемого оптического коннектора: 1) коннектор извлекают из упаковки и размещают на монтажном станке; 2) ОВ зачищают и скалывают на величину, указанную производителем механического коннектора; 3) волокно закладывают в специальную канавку станка и вводят в оптический коннектор до упора. Некоторые производители рекомендуют для уверенного контакта добиться небольшого изгиба волокна; 4) волокно фиксируют в такой позиции зажимом, после чего путем нажатия крышки-пресса станка осуществляют фиксацию соединения волокна в коннекторе; 5) освобождают фиксаторы, оконцованное волокно извлекают из станка. 110

3.6. Пассивное распределительное оптическое оборудование

В результате этих операций получают ОВ, оконцованное коннектором (чаще всего типа �C или SC), которое может быть непосредственно подключено к оборудованию или к переходному адаптеру волоконно-оптического кросса, бокса или коробки. Дополнительным преимуществом такого соединения может являться отсутствие необходимости применения специальной кассеты для менеджмента сваренных ОВ.

3.6. ПаССИВНОЕ РаСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ ОПТИЧЕСкОЕ ОбОРУДОВаНИЕ Оптические кроссы и боксы �авершающим этапом монтажа волоконно-оптической линии является размещение сваренных или механически соединенных волокон в оптическом кроссе (боксе, коробке) или оптической муфте. Оптический кросс является пассивным распределительным устройством, куда подводят ВОК. Он может размещаться в серверной, на стене в помещении (дата-центре, станции) или даже в подвалах жилых домов (при построении PON-сетей). сетей). Типичный кросс представляет собой металлический ящик, с внешней стороны которого расположены планки с портами (адаптерами), а внутри, как правило, – оптические кассеты для размещения соединенных ОВ. Кроссы могут быть стандартного типоразмера 19" для крепления в стандартной стойке (рис. 3.27) или произвольного типоразмера для отдельного размещения.

а

б Рис. 3.27. Виды оптических кроссов: а – типовой 19"; б – настенный 111

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

Входящий в оптический кросс кабель закрепляют в нем согласно инструкции по монтажу, его оптические волокна сваривают (или механически соединяют) с пигтейлами (на рис. 3.27, б тонкие желтые шнурки внутри кросса). Каждое волокно соединяют со своим пигтейлом. Вторая сторона пигтейла содержит оптический коннектор-вилку, которую вставляют в оптический адаптер-розетку изнутри кросса. В более редких случаях ОВ сразу оконечивают неполируемым оптическим коннектором, который вставляют в оптический адаптер-розетку. Снаружи кросса коммутацию выполняют оптическими патчкордами (толстые желтые шнуры на рис. 3.27, б). От пигтейла патч-корд отличается тем, что он более толстый, имеет более прочные коннекторы (с обеих сторон) и обычно усилен внутри кевларом. В оптический кросс можно вводить несколько кабелей. При этом не обязательно все волокна выводить на внешние порты. Часть волокон может быть сварена между собой исходя из схемы соединения, часть просто не задействована (находится в резерве). Основным элементом оптического кросса является оптическая кассета, предназначенная для размещения КД�С или механических соединителей. Кассеты рассчитаны на размещение определенного количества КД�С определенного размера (40 или 60 мм), одно- и многоярусных. Основное назначение кассет – обеспечить надежную фиксацию сваренного ОВ. Для этого после сварки (механического соединения) ОВ укладывают в свободном пространстве кассеты с соблюдением требований по радиусу изгиба ОВ, крепления волокон в кассете, размещения гильз КД�С в местах их фиксации (рис. 3.28).

Рис. 3.28. Размещение ОВ в кассете 112

3.6. Пассивное распределительное оптическое оборудование

Важной операцией, обеспечивающей правильную и эффективную укладку волокон, является их предварительное отмеривание, которое производят до сварки (соединения) волокон между собой или с пигтейлом. В некоторых случаях, когда кассета содержит множество разнонаправленных каналов для ОВ, отмеривание волокон можно не производить, поскольку почти всегда найдется путь для их укладки, чтобы после сварки их можно было легко, правильно и красиво уложить. Путь укладки в этом случае желательно выбрать самый простой (по кругу), без сложных петель и переходов по каналам. Однако в случае сварки большого числа волокон или в обычных недорогих кассетах их отмеривание нужно проводить обязательно, так как если заранее не отмерить волокна по длине и не продумать, как они лягут в кассету после сварки, при укладке могут возникнуть серьезные проблемы. В лучшем случае (если остается достаточный запас ОВ, который дает определенную степень маневра) волокна уложатся, но могут быть нарушены допустимые радиусы изгиба волокон, что может повлечь повышенное затухание для сигнала. В худшем волокна просто не удастся уложить таким образом, чтобы крышка кассеты закрылась и не зажала ОВ. Отмеривание и подрезку волокон осуществляют путем предварительной укладки их в кассету и дальнейшего подрезания ножницами у центра ложемента для КД�С, в который планируют уложить волокно после сварки или механического соединения. В том случае, если два волокна, которые предстоит сварить, выходят из модулей, которые заходят в кассету встречно друг другу, достаточно каждое из них отмерить путем простой укладки нескольких (обычно двух) оборотов и отрезать над ложементом, где планируют уложить КД�С этой сварки (рис. 3.29, а). В том случае, если модули заходят сонаправленно (если в кросс вводят несколько кабелей или необходимо сварить между собой волокна одного модуля), одно из волокон следует отмерить как обычно, а второе – с учетом перехода, который осуществляют S-образной петлей посередине кассеты (рис. 3.29, б).

113

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

Место отреза волокна а

Место отреза волокна б Рис. 3.29. Размещение и подрезка ОВ при встречном (а) и сонаправленном (б) вводе волокон в кассету

По возможности ситуации с S-образным переходом волокон следует избегать и стараться завести модули встречно, так как, во-первых, не все кассеты рассчитаны на такой переход волокон и S-образную петлю перехода волокон (а их может быть много) приходится фиксировать в центре кассеты изолентой, что нежелательно. Во-вторых, S-образный переход вносит дополнительные изгибы ОВ, что приводит к увеличению затухания оптического сигнала. После сварки ОВ укладывают в кассету по предварительно определенному пути, с размещением гильз КД�С (механических коннекторов) в предварительно намеченном месте. Необходимо учитывать, что места в ложементе для гильз КД�С имеют свою нумерацию и необходимо по возможности укладывать ОВ в соответствии с этой нумерацией, т. е. первое ОВ в первое место 114

3.6. Пассивное распределительное оптическое оборудование

ложемента, второе – во второе и т. д. Если ложемент допускает укладку гильз в «два этажа», вариант укладки зависит от количества размещаемых в кроссе волокон. Пример размещения сваренных ОВ в оптическом кроссе представлен на рисунке 3.30.

Рис. 3.30. Укладка ОВ в кассету

Укладку волокон в кассету можно производить разными способами. Например, сначала уложить КД�С в ложемент, а потом укладывать петли волокон. Либо начать с одной из петель волокна, дойти до КД�С, уложить КД�С и потом уложить оставшуюся длину волокна. В любом случае необходимо проявлять аккуратность, чтобы уложить волокно ровно и не повредить укладываемое и другие волокна. Если волокна перед сваркой не были отмерены и подрезаны, то после сварки волокно может не лечь в кассету правильно (с допустимым радиусом изгиба) или вообще его невозможно будет уложить. Еще раз отметим, что при укладке очень важно не допускать слишком сильных перегибов и зажатий волокна, так как это может стать источником сильного затухания сигнала. Одной из характеристик оптических кроссов является используемый в них тип оптических адаптеров (их часто называют оптическими розетками), поскольку тип адаптера должен обязательно совпадать с типом коннектора или пигтейла, которым оконцовано ОВ. Существует большое количество стандартов (и подстандартов) таких адаптеров. Наиболее часто используемые из них стандарты FC, SC, �C; подстандарты FC/APC, SC/APC, �C/APC. Коннектор �C бывает дуплексным и одиночным. Адаптер представляет собой двустороннюю полую розетку, в которую с обеих сторон вставляют коннекторы. Поэтому типо115

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

размер адаптера должен совпадать с типоразмером применяемого коннектора. Обращаться с коннекторами необходимо осторожно, не допускать попадания пыли, не касаться торца коннекторов пальцем, а если это случайно произошло, – протереть смоченной в спирте безворсовой салфеткой. При построении высокоскоростных магистралей для контроля качества и состояния коннекторов используют специальный микроскоп (оптический или с камерой), поскольку грязные и исцарапанные розетки и патчкорды – частая причина затуханий сигналов в линии связи. Адаптер содержит полый тонкостенный цилиндрик из керамики, имеющий продольный разрез. Когда в адаптер вставляют коннектор, разрез раздвигается на несколько микрон, подпружинивая и центрируя коннектор. Таким образом достигается прецизионная юстировка двух коннекторов в адаптере (в одномодовом ОВ смещение даже на 1 мкм вызывает потерю мощности сигнала на розетке и паразитное обратное отражение). Кроме того, чтобы коннекторы были плотно прижаты в адаптере друг к другу, в каждом коннекторе FC и FC/APC (патч-корда или пигтейла) металлокерамический наконечник должен быть подпружинен и может вдавливаться внутрь вилки примерно на 1,0–1,5 мм, а в стандартах SC, �C должна быть подпружинена вся вилка. Для этой же цели контактный торец коннектора изготавливают не плоским, а слегка выпуклым, чтобы два волокна из двух коннекторов (пигтейла или патч-корда) по разные стороны адаптера гарантированно совместились без воздуха и пыли между ними. Адаптеры и коннекторы стандарта FC. Достоинством этого стандарта является отличное качество соединения, поэтому его часто используют для важных магистралей в различных системах связи. Адаптер и коннектор изготавливают из металла, поэтому он очень прочный и надежный (рис. 3.31). Тип соединения – резьбовое, поэтому даже случайное касание рукой хорошо прикрученного коннектора не окажет влияния на работу линии связи. К недостаткам можно отнести небольшие неудобства при использовании: коннекторы и адаптеры долго откручивать (закручивать) при переключениях, а при очень плотном расположении на кроссе сложно открутить какой-то из коннекторов. Сам коннектор фиксируют неподвижно благодаря пазу на нем и выемке на адаптере; вращается только гайка с насечкой. 116

3.6. Пассивное распределительное оптическое оборудование

а

б

Рис. 3.31. Адаптеры (а) и коннектор (б) стандарта FC

Адаптеры и коннекторы стандарта SC. Чаще всего используют в оборудовании ЛВС и дата-центров. Форма адаптера и коннектора – квадратная, изготовлены из пластика (рис. 3.32). Коннектор фиксируют в адаптере защелкиванием. К достоинствам можно отнести более низкую стоимость по сравнению с адаптером (коннектором) стандарта FC, его удобнее и быстрее переключать. Недостатком является материал – пластик легче сломать, меньше ресурс подключений-отключений. Возможна ситуация, когда после прикосновения к подключенному коннектору величина отражения и затухания на соединении заметно меняется, что нежелательно для важных линий связи. Цвет разъемов обычно синий.

а

б

Рис. 3.32. Адаптер (а) и коннектор (б) стандарта SC

Адаптеры и коннекторы стандартов LC и LC Duplex. Адаптеры и коннекторы стандарта �C похожи по своим свойствам на стандарт SC, но имеют намного меньшие габариты (рис. 3.33). Поэтому, например, кросс 2U, построенный на коннекторах �C, вмещает 64 порта, а на SC – только 32. Коннекторы стандартов �C и �C Du�lex чаще используют в дата-центрах. �а счет маленьких габаритов их часто монтируют прямо на платах оптического оборудования. 117

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

а

б

Рис. 3.33. Адаптеры (а) и коннектор (б) стандартов �C и �C Du�lex

Подстандарты FC/APC, SC/APC, LC/APC. Такие адаптеры и коннекторы аналогичны по типоразмерам соответствующим им стандартам FC, SC и �C, но имеют косую полировку наконечника (A от англ. an�le – угол). На рисунке 3.34 показана разница между наконечниками с обычной (UPC) UPC)) и косой (APC) APC)) полировкой. Изображение схематичное, в реальности при полировке как APC, так и UPC торцы не плоские, а немного выпуклые. Это обеспечивает при соединении соприкосновение только центров наконечников, где расположено ОВ.

а

б Рис. 3.34. Типы полировки коннекторов: а – полировка UPC; б – полировка APC

Полировку APC используют, чтобы увеличить площадь соприкосновения торцов ОВ и уменьшить обратное отражение на стыке двух коннекторов. Стыковать между собой коннекторы с обычной и косой полировкой можно только в случае крайней необходимости, если нужно проверить, работает ли линия, поскольку большой воздушный промежуток дает сильные потери и сильное обратное отражение. Адаптеры и коннекторы с полировкой APC обычно делают зеленого цвета. 118

3.6. Пассивное распределительное оптическое оборудование

Необходимо также отметить, что существуют переходники между различными стандартами, но их используют, как правило, только при проведении измерений. Всегда нужно помнить, что чем меньше в линии сварных и особенно механических соединений, тем лучше. Еще раз отметим, что пыль и грязь вредны для оптических кроссов, поэтому патч-корды и пигтейлы надо регулярно протирать безворсовой салфеткой со спиртом, а адаптеры продувать сжатым воздухом или чистить специальными приспособлениями (чистящими палочками, очистителями ферул и пр.). Часто причиной нарушения связи является лопнувшая керамическая вставка в розетке или грязь, попавшая в место соединения.

Оптические муфты Оптические муфты применяют для организации места соединения или разветвления двух и более ВОК и защиты его от внешних воздействий. Оптическая муфта представляет собой пластиковый контейнер, в котором находятся элементы для монтажа и укладки сваренных ОВ (обычно это оптические кассеты). Конструкций муфт много. Наиболее распространенные – тупиковые муфты, когда кабели заводят с одной стороны (рис. 3.35), и проходные, когда кабели заводят с двух сторон (рис. 3.36).

а

б Рис. 3.35. Тупиковая оптическая муфта: а – внешний вид; б – внутреннее устройство

Рис. 3.36. Проходные оптические муфты 119

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

Тупиковая муфта состоит из оголовья, в котором предусмотрены патрубки для ввода кабелей различного диаметра, а внутри расположена металлическая рамка, к которой крепят оптические кассеты. Сверху на оголовье одевают колпак, герметизируемый резиновой прокладкой, который для прочности можно выполнять с ребрами жесткости. Колпак фиксируют разъемным пластиковым хомутом, чтобы муфту можно было легко открыть и закрыть. Проходные муфты могут выпускать как в разборном, так и в неразборном исполнении. Как правило, это зависит от емкости муфты. Основным элементом оптической муфты, как и в оптическом кроссе, является кассета для укладки и менеджмента ОВ. Но поскольку свободного пространства в муфте гораздо меньше, а количество кассет может составлять около десяти, очень важно правильно распределить модули оптических кабелей по кассетам, иначе кассеты (и даже колпак муфты) могут не закрыться или пережать модули. После разделки ВОК на оптические модули кабель вводят в муфту и крепят к металлической рамке под специальный зажим. Крепление осуществляют в зависимости от конструкции ВОК: за косичку из кевлара, силовой центральный элемент или червячным хомутиком. После этого монтажнику необходимо распределить модули по кассетам и произвести их крепление к кассетам (не обязательно всех сразу, можно в порядке сварки). �атем проводят подготовку волокон к сварке и непосредственно их сварку. Предварительно обязательно нужно выполнить подрезку ОВ, поскольку место в муфте ограничено, а свариваемых волокон, как правило, много. При этом не рекомендуется использовать в муфте S-образные петлевые переходы ОВ. Пример смонтированной муфты приведен на рисунке 3.37. После завершения монтажа муфта должна быть плотно закрыта и загерметизирована, иначе в нее может попасть вода, что в дальнейшем приведет к негативным последствиям: 1) вода со временем может вызвать помутнение стекла волокон и порчу лака, что ухудшает характеристики линии связи; 2) ржавчина поражает все металлические конструктивные элементы; 3) кевлар является гигроскопичным материалом, и влага по нему может распространиться по кабелю; 4) муфту, заполненную водой, в мороз может разорвать вместе с волокнами. 120

3.6. Пассивное распределительное оптическое оборудование

1

2

Рис. 3.37. Смонтированная оптическая муфта: 1 – уплотнительная резинка; 2 – пакетик с силикагелем

Очень важно перед монтажом муфты одеть на разделываемые концы кабеля пластиковые трубы-колпаки, а также специальные клеевые термоусадки (или другие герметизирующие элементы), которые входят в комплект муфты. После окончания работы с муфтой термоусадку надвигают на патрубок муфты и усаживают газовой горелкой, паяльной лампой или промышленным феном, обеспечивая дополнительную фиксацию кабеля и герметичность ввода кабеля в муфту. Перед усадкой патрубок муфты и сам кабель нужно зашкурить грубой наждачной бумагой для лучшей адгезии клея. Некоторые термоусадки имеют цветовую индикацию специальной краской, которая при нагреве меняет цвет (показатель того, что в этом место греть больше не нужно). Это исключает повреждение термоусадки при перегреве (может лопнуть). Встречаются муфты без патрубков, в которых кабели герметизируют путем зажатия в сырой резине или в герметике. В оптическую муфту обычно заводят 2–3 кабеля. В редких случаях, при сложной схеме разварки, в муфту можно вводить до 4–5 кабелей. Если кабели имеют разную цветовую нумерацию и различное количество волокон в модулях, монтаж муфты может занять несколько дней. Собранную и загерметизированную муфту следует аккуратно, не надломив кабели, разместить на ее постоянном месте и при необходимости закрепить. 121

Глава 3. Применение волоконно-оптических кабелей в информационных сетях

Контрольные вопросы и задания

1. Опишите процедуру скалывания ОВ. 2. Чем отличается цветовая маркировка волокон в кабеле согласно стандарту TIA/EIA 598С–2005 от маркировки по ГОСТ Р 53246–2008. 3. Перечислите и охарактеризуйте основные параметры оптического волокна. 4. Опишите виды дисперсии оптического сигнала в оптоволокне. 5. Опишите принцип действия механического соединителя ОВ. 6. Охарактеризуйте наиболее распространенные типы оптических коннекторов. 7. Для чего предназначена гильза КДЗС? 8. Назовите причины отказа сварочного аппарата проводить сварку ОВ в автоматическом режиме. 9. Какие причины могут привести к некачественной сварке ОВ? 10. Какой минимальный радиус изгиба допускается для ОВ стандарта G.652? 11. Как осуществляют крепление ВОК к оптическому кроссу? 12. Какими способами осуществляют соединение оптического пигтейла с волокном ВОК? 13. Почему процесс герметизации ввода кабеля очень важен при монтаже муфты? 14. Зачем в кабеле применяют модули-пустышки (не содержащие волокон)? 15. В каких случаях применяют механическое соединение ОВ?

122

ГЛаВа 4. бЕСПРОВОДНыЕ ТЕХНОЛОГИИ В ИНФОРМаЦИОННыХ кабЕЛЬНыХ СЕТЯХ 4.1. СТаНДаРТы бЕСПРОВОДНОй СВЯзИ В натоящее время для обеспечения повседневной работы информационных сетей в большинстве организаций используют в основном проводные технологии. Однако все чаще сотрудникам компаний приходится работать удаленно, и они хотят иметь доступ к ресурсам корпоративной сети как со своего рабочего места, так и из других мест. Специалистам было бы желательно использовать свои устройства на совещаниях, в конференц-залах и даже на объектах клиента, сохраняя при этом доступ к ресурсам организации. Беспроводные сети обеспечивают требуемую в подобных условиях гибкость. В большинстве беспроводных сетей клиентские и сетевые устройства обеспечивают передачу данных в виде электромагнитных сигналов радиочастотного или микроволнового диапазона. Такие средства обеспечивают максимальный уровень мобильности по сравнению с любым другим сетевым оборудованием. Поэтому число устройств, поддерживающих беспроводное подключение, растет с каждым днем, и по мере увеличения пропускной способности каналов связи беспроводное подключение завоевывает все большую популярность в корпоративных сетях. Применение беспроводных технологий в информационной сети организации может быть обусловлено рядом причин: невозможностью прокладки кабельных линий в здании из-за конструктивных или законодательных ограничений (например, если здание является историческим объектом), необходимостью мо123

Глава 4. Беспроводные технологии в информационных кабельных сетях

бильности клиентов, быстротой развертывания определенных сегментов сети, экономической эффективностью. Преимущества использования беспроводных технологий передачи данных в информационных сетях особенно проявляются в плане экономии затрат на прокладку дорогостоящих кабелей в помещениях, а также удобств за счет мобильности оконечного оборудования и, в некоторых случаях, сетевых устройств. Беспроводной доступ также способствует повышению производительности труда и снижению степени напряженности сотрудников, хотя эти величины трудно измерить. Благодаря беспроводным сетям сотрудники получают гибкие возможности работы в любое удобное время и в любом удобном месте. Они могут получать важную информацию, находясь на своем рабочем месте, в кабинете коллег или в кафе в обеденный перерыв, а также в считанные секунды получить доступ к электронной почте и другим рабочим ресурсам, обеспечивая оптимальное управление, более качественное и быстрое достижение результатов для клиентов. Еще одним важным преимуществом беспроводных сетей является способность адаптироваться к изменению потребностей и технологий. Добавление нового оборудования в беспроводную сеть не вызывает особых трудностей. Администраторы сети могут быстро организовать подключение новых устройств: смартфонов, планшетных компьютеров, ноутбуков и телевизоров с интеллектуальными функциями. Вместе с тем беспроводная среда имеет следующие особенности, которые необходимо учитывать: • зона покрытия. Беспроводные технологии передачи данных хорошо работают на открытых пространствах. Однако рельеф местности, а также некоторые строительные материалы, используемые при возведении зданий и сооружений, могут ограничивать зону покрытия. Например, стены из железобетона уменьшают дальность действия сети в 3–4 раза; • помехи. Качество беспроводного соединения в значительной степени восприимчиво к помехам и может ухудшаться при работе таких сторонних устройств, как беспроводные телефоны, некоторые типы флуоресцентных ламп, микроволновые печи, а также под влиянием других беспроводных коммуникаций; • безопасность. Для доступа к среде беспроводного подключения не требуется подключаться к физическому кабелю. По124

4.1. Стандарты беспроводной связи

этому доступ к этой среде могут легко получать несанкционированные пользователи и устройства. Следовательно, главным аспектом администрирования беспроводной сети становится безопасность. Сетевые администраторы должны разрабатывать и применять строгие правила и протоколы безопасности для защиты беспроводных сетей от несанкционированного доступа и потенциального ущерба; • совместный доступ к точке подключения. Беспроводные сети, как правило, работают в полудуплексном режиме, т. е. в каждый момент времени передачу или прием может осуществлять только одно устройство. Однако одну точку беспроводного подключения совместно используют несколько пользователей. Чем больше пользователей одновременно подключаются к сети, тем меньшая пропускная способность приходится на каждого из них. Взаимодействие беспроводных устройств регламентировано рядом стандартов. В них указаны спектр радиочастотного диапазона, скорость и способ передачи данных, другие необходимые параметры. Главным разработчиком технических стандартов беспроводной связи для информационных сетей является организация IEEE. Серия стандартов IEEE 802.х регламентирует работу устройств в беспроводных ЛВС. В информационных сетях наибольше распространение получили три стандарта передачи данных: IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.15 (Bluetooth), IEEE 802.16 (Wi�AX). Стандарт IEEE 802.11 – технология беспроводных локальных сетей, которую чаще всего называют Wi-Fi (Wireless Fidelity, беспроводная достоверность). В ней используют конкурирующий (недетерминированный) принцип множественного доступа к среде передачи с контролем несущей (CS�A/CA). Сети стандарта IEEE 802.11 обычно развертывают в целях предоставления доступа для пользователей домашней или корпоративной сети (включая передачу данных, голоса и видео) на расстояния до 300 м. Поэтому в литературе такие сети часто называют беспроводными ЛВС (W�AN). Стандарт IEEE 802.15 – стандарт беспроводной персональной сети, более известный как Bluetooth, который использует процесс сопряжения двух устройств для обмена данными на расстояниях до 100 м. Однако для достижения максимальной скорости передачи (до 3 Мбит/с) требуется довольно близкое располо125

Глава 4. Беспроводные технологии в информационных кабельных сетях

жение устройств, как правило, несколько метров. Более поздние версии Bluetooth стандартизированы в соответствии со спецификацией Bluetooth S�ecial Interest Grou�. Стандарт IEEE 802.16 более известен как протокол широкополосной радиосвязи Wi�AX. Стандарт использует топологию «точка-точка» для обеспечения беспроводного широкополосного доступа. Поддерживает скорость до 1 Гбит/с и обеспечивает беспроводной широкополосный доступ на расстояниях до 50 км. Стандарт имеет расширенные мобильные функции, благодаря чему позволяет организовывать сеть на основе сотового принципа, аналогично используемому операторами сотовой связи. В настоящее время для построения информационных сетей организаций наибольшее распространение получил стандарт IEEE 802.11 Wi-Fi.

4.2. ПРИНЦИПы ОРГаНИзаЦИИ СЕТИ Wi-Fi В настоящее время все беспроводные устройства стандарта IEEE 802.11 работают в диапазоне радиоволн спектра электромагнитного излучения. �а регулирование выделения радиочастотного спектра различным службам отвечает сектор стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи (ITU-R). Кроме того, в разных странах могут применять свои национальные правила. Для различных целей предусмотрены свои частотные диапазоны, которые называют полосами частот. Некоторые полосы частот в электромагнитном спектре жестко регулируют и используют в таких областях, как контроль трафика, сети связи аварийно-спасательных служб, аэронавигация, сети военного назначения. Другие полосы частот не подлежат лицензированию, например промышленные, научные и медицинские частотные диапазоны, а также частотные диапазоны национальной информационной инфраструктуры. В частности, для беспроводных локальных сетей стандарта IEEE 802.11 выделяют следующие частотные диапазоны: • 2,4 ГГц – ультравысокие частоты; • 5 ГГц – сверхвысокие частоты; • 60 ГГц – крайне высокие частоты. �а последние десятилетия был разработан ряд реализаций стандарта IEEE 802.11. Сравнительные характеристики основных из них приведены в таблице. 126

4.2. Принципы организации сети Wi-Fi

Семейство стандартов IEEE 802.11 Стандарт

Дата выхода

Частота, ГГц

802.11a 802.11b 802.11�

Октябрь 1999 г. Октябрь 1999 г. Июнь 2003 г.

802.11n

Сентябрь 2009 г.

5 2,4 2,4 2,4, 5

802.11ac

2013 г.

2,4, 5

802.11ad

2014 г.

2,4, 5, 60

Максимальная Максимальный скорость радиус передачи действия, м данных 54 Мбит/с 50 11 Мбит/с 100 54 Мбит/с 100 150– 250 600 Мбит/с �ависит 450 Мбит/с– от частотного 1,3 Гбит/с диапазона �ависит 7 Гбит/с от частотного диапазона

Стандарты сети W�AN IEEE 802.11 определяют, каким образом радиочастоты в частотных полосах промышленного, научного и медицинского диапазонов используются для беспроводных каналов, какой вид модуляции применяется, какая скорость передачи данных обеспечивается. Стандарт IEEE 802.11. Разработан в 1997 г., считается устаревшим. Это исходная спецификация для беспроводных сетей, которая работала в частотной полосе 2,4 ГГц и обеспечивала скорости передачи данных до 2 Мбит/с. На момент создания этого стандарта проводные сети ЛВС уже поддерживали скорости на уровне 10 Мбит/с, поэтому появившиеся беспроводные технологии не получили широкого признания. Беспроводные устройства были оснащены одной антенной для передачи и приема радиосигналов. Стандарт IEEE 802.11a. Разработан в 1999 г. Работает в менее загруженной частотной полосе 5 ГГц и обеспечивает скорости передачи данных до 54 Мбит/с. Поскольку этот стандарт работает на более высоких частотах, он имеет меньшую зону покрытия и менее эффективен внутри зданий. Беспроводные устройства оснащены одной антенной для передачи и приема беспроводных сигналов. Устройства, работающие в соответствии с данным стандартом, несовместимы со стандартами 802.11b и 802.11�. 127

Глава 4. Беспроводные технологии в информационных кабельных сетях

Стандарт IEEE 802.11b. Разработан в 1999 г. Работает в частотной полосе 2,4 ГГц и обеспечивает скорости передачи данных до 11 Мбит/с. Устройства, работающие в соответствии с этим стандартом, имеют больший диапазон и демонстрируют более высокую эффективность при использовании внутри зданий по сравнению с устройствами стандарта 802.11a. Беспроводные устройства оснащены одной антенной для передачи и приема радиосигналов. Стандарт IEEE 802.11g. Разработан в 2003 г. Работает в частотной полосе 2,4 ГГц и обеспечивает скорости передачи данных до 54 Мбит/с. Устройства, работающие в соответствии с этим стандартом, имеют те же радиочастоту и диапазон, что и устройства, работающие со стандартом 802.11b, но имеют пропускную способность стандарта 802.11a. Беспроводные устройства оснащены одной антенной для передачи и приема беспроводных сигналов. Этот стандарт совместим со стандартом 802.11b. Стандарт IEEE 802.11n. Разработан в 2009 г. Работает в частотных полосах 2,4 и 5 ГГц, поэтому известен как двухполосный стандарт. Стандартные скорости передачи данных от 150 до 600 Мбит/с. Для того чтобы обеспечить более высокие скорости, точкам доступа и беспроводным клиентам требуется несколько антенн, использующих технологию многоканального входа (многоканального выхода) (�I�O). Технология �I�O использует несколько антенн для передатчика и приемника, что позволяет повысить производительность обмена данными. Технология поддерживает до четырех антенн. Стандарт 802.11n поддерживает обратную совместимость с устройствами 802.11a/b/�. Однако поддержка смешанной среды ограничивает скорость передачи данных. Стандарт IEEE 802.11ac. Разработан в 2013 г. Работает в частотной полосе 5 ГГц (с поддержкой диапазона 2,4 ГГц), обеспечивая скорость передачи данных в диапазоне от 450 Мбит/с до 1,3 Гбит/с. Данный стандарт использует технологию �I�O для повышения производительности обмена данными. Технология поддерживает до восьми антенн. Стандарт 802.11ac поддерживает обратную совместимость с устройствами 802.11a/n, но поддержка смешанных сред ограничивает скорость передачи данных. Стандарт IEEE 802.11ad. Разработан в 2014 г. Этот стандарт также называют WiGi�. Он использует решение для трехполос128

4.2. Принципы организации сети Wi-Fi

ного Wi-Fi, в котором задействованы частотные полосы 2, 4, 5 и 60 ГГц. Стандарт теоретически обеспечивает скорость передачи данных до 7 Гбит/с. Тем не менее, полоса 60 ГГц – это технология, для работы которой требуется прямая видимость. В большей степени подходит для реализации радиосвязи на прямой видимости в масштабах одного помещения с малым радиусом действия, но в то же время с высокой пропускной способностью для организации мультимедийных услуг и для передачи больших объемов данных. Стандарт поддерживает обратную совместимость с существующими устройствами Wi-Fi. Однако поддержка смешанной среды ограничивает скорость передачи данных. При выборе стандарта для построения беспроводной сети администратору необходимо убедиться в том, что все компоненты сети отвечают его требованиям или совместимы с ним. В сети W�AN должно быть несколько обязательных компонентов (рис. 4.1): • беспроводной клиент (Wireless Client) – любое устройство, подключенное к беспроводной сети; • точка доступа (Access Point) или базовая станция – приемопередатчик беспроводной сети, обеспечивающий связь между беспроводными клиентами и проводной сетью. Точка доступа может работать в режиме беспроводного моста или беспроводного маршрутизатора.

Беспроводной клиент

Беспроводной клиент Точка доступа Беспроводной клиент Рис. 4.1. Компоненты беспроводной сети

Частным случаем W�AN является соединение двух беспроводных клиентов непосредственно между собой. Беспроводную сеть, построенную таким образом, называют сетью ad-hoc (децентрализованная), в ней нет ни одной точки доступа. 129

Глава 4. Беспроводные технологии в информационных кабельных сетях

Антенны, применяемые в точках доступа, могут быть направленными и всенаправленными. Направленные антенны концентрируют мощность сигнала в одном направлении. Всенаправленные антенны излучают сигнал во всех направлениях с равной интенсивностью (рис. 4.2). Концентрируя сигнал в одном направлении, направленные антенны могут передавать сигналы на большие расстояния, поэтому их обычно используют в беспроводных мостах для объединения проводных сегментов сети, а всенаправленные антенны – в обычных точках доступа и беспроводных клиентах. Всенаправленные антены

Индикатор активности беспроводной сети

Рис. 4.2. Точка доступа

При построении беспроводной сети важно, чтобы беспроводные клиенты были подключены к соответствующей точке доступа. Для этого точка доступа использует идентификатор набора услуг SSID (Shared Service Set Identi�ier). SSID – это идентификатор беспроводной сети, который передается точкой доступа и представляет собой алфавитноцифровую строку длиной до 32 символов, воспринимаемую с учетом регистра. Этот идентификатор, как правило, присваивают каждой точке доступа персонально, но в случае построения корпоративной сети его можно одинаково использовать для нескольких точек. При подключении к беспроводной сети клиентское устройство проводит поиск доступных точек доступа и позволяет пользователю по обнаруженным SSID выбрать ту из них, к которой возможно подключение (рис. 4.3). Идентификатор SSID пересылается точкой доступа в заголовке всех кадров, 130

4.2. Принципы организации сети Wi-Fi

передаваемых по беспроводной сети, и позволяет беспроводным устройствам определить, к какой беспроводной сети они принадлежат и с какими устройствами взаимодействуют.

Рис. 4.3. Отображение идентификаторов SSID

Для обеспечения связи все беспроводные устройства в беспроводной сети должны иметь общий идентификатор SSID, независимо от метода установки беспроводной сети. Процесс подключения клиента к точке доступа проходит в несколько этапов: 1) этап обнаружения. Точка доступа передает специальные пакеты (beacons), анонсируя свое присутствие. В этих пакетах передаются SSID, поддерживаемые частотные параметры каналов, параметры безопасности. Беспроводной клиент обнаруживает точку доступа; 2) этап апробирования. Беспроводной клиент высылает запрос на подключение к выбранной точке доступа; 3) этап аутентификации. Если точка доступа защищена, то производится проверка прав клиента на работу с данной точкой (имя пользователя, пароль, сверка адреса и т. д.). Если точка доступа не защищена, то процесс переходит к следующему этапу; 4) этап ассоциации. Если этап аутентификации пройден успешно, клиент подключается к беспроводной сети. В большинстве домашних и коммерческих сетей имеется только одна точка доступа. При необходимости увеличения зоны 131

Глава 4. Беспроводные технологии в информационных кабельных сетях

покрытия и числа подключаемых клиентов может потребоваться создание расширенной беспроводной сети (рис. 4.4), состоящей из нескольких точек доступа. Сота беспроводной сети

Сота беспроводной сети Канал 6

Канал 1

Основная LAN (система распределения)

Точка доступа

Точка доступа STA

STA STA

STA

STA

Рис. 4.4. Расширенная беспроводная сеть

В этом случае, независимо от того, используют точки доступа один идентификатор SSID или разные, их зоны покрытия пересекаются и создают радиопомехи друг для друга, что негативно влияет на качество и скорость обмена данными. Одним из решений этой проблемы является использование точками доступа разных радиоканалов. Радиоканал – это полоса частот, в которой происходит передача сигналов. При передаче данных, как правило, чем больше необходимая скорость передачи, тем шире должен быть радиоканал. Каналы создают путем деления доступного радиочастотного спектра. В каждом частотном диапазоне создают несколько радиоканалов. Например, в полосе 2,4 ГГц стандартно размещают 11 каналов (рис. 4.5). Центральная частота каждого канала смещена на величину 5 МГц (разнос между центральными частотами каналов), ширина канала составляет 22 МГц. Каждый канал можно использовать в качестве несущей для различных сеансов связи. Несколько точек доступа могут работать в непосредственной близости одна к другой, если они используют разные каналы связи. Как видно из рисунка 4.5, полностью беспомеховая обстановка возникает, если три соседние точки доступа используют радиоканалы 1, 6 и 11. 132

4.2. Принципы организации сети Wi-Fi

Нет перекрытия между каналами 1, 6 и 11

5 МГц

Канал 6

Канал 1

2400

На центральной частоте канала максимальное излучение

Канал 11

2412 2417 2422 2427 2432 2437 2442 2447 2452 2457 2462

2483

22 МГц Рис. 4.5. Радиоканалы беспроводной сети

Сеть Wi-Fi является технологией с множественным доступом клиентов к сети. При этом с точкой доступа одновременно может работать только один пользователь. Однако отсутствие четких границ в сети и удаленность беспроводных клиентов не позволяют выявлять конфликты в процессе передачи данных. Поэтому в беспроводных технологиях применяют протокол множественного доступа с контролем несущей и предотвращением коллизий протоколов класса CS�A/CA. Последний резервирует канал для отдельного сеанса связи. Если канал зарезервирован, никакое другое устройство не сможет передавать по нему данные, что позволит избежать возможных конфликтов (рис. 4.6).

Н2

Н3 Точка доступа

Н1 Request to Send (RTS) Clear to Send (CTS) DATA ACK

Рис. 4.6. Процесс резервирования канала 133

Глава 4. Беспроводные технологии в информационных кабельных сетях

Если устройству требуется доступ к сети, оно обращается к точке доступа за разрешением – запросом на передачу Request to Send (RTS). При наличии свободного канала точка доступа отправит устройству сообщение о готовности к передаче Clear to Send (CTS), показывающее, что устройство может передавать данные по каналу. Сообщение CTS передается всем устройствам соты, информируя, что данный канал в текущий момент занят. После завершения сеанса связи устройство, запросившее канал, отправляет в точку доступа еще одно сообщение – подтверждение ACK с информацией точке доступа, что канал освобожден. Это сообщение также рассылается всем устройствам в беспроводной сети, оповещая о том, что данный канал снова свободен. Одним из основных преимуществ беспроводных сетей является удобство подключения пользователей к сети и возможности передачи информации без проводов. Однако данная сеть уязвима для перехвата информации и атак со стороны недобросовестных пользователей. Получив доступ к сети, они могут бесплатно воспользоваться чужими интернет-услугами, а также получить доступ к компьютерам в сети, повредить файлы либо украсть персональную или конфиденциальную информацию. Для защиты беспроводной сети необходимо применять специальные функции обеспечения безопасности и методы защиты от внешних атак. Основными методами обеспечения безопасности являются: • отключение широковещательной рассылки SSID; • фильтрация по МАС-адресам; • аутентификация беспроводных клиентов; • шифрование трафика. Один из простейших способов доступа в беспроводную сеть – использовать имя беспроводной сети, или SSID. По умолчанию беспроводные маршрутизаторы и точки доступа рассылают идентификаторы SSID всем компьютерам в пределах действия беспроводной сети. Если функция рассылки SSID активирована (Enable SSID Broadcast) (рис. 4.7), то любой беспроводной клиент сможет обнаружить сеть и подключиться к ней. Функцию рассылки SSID можно отключить. Если широковещание SSID выключено (Disable), то обычным пользователям такая сеть «не видна», а для беспроводных клиентов идентификатор сети необходимо настроить вручную. 134

4.2. Принципы организации сети Wi-Fi

Рис. 4.7. Окно настройки параметров SSID беспроводной сети

Однако SSID все равно передается в служебных кадрах при обмене данными между клиентом и точкой доступа. Даже если функция рассылки SSID отключена, можно узнать имя беспроводной сети с помощью средств перехвата радиосигналов и чтения открытых сообщений. Используя эту информацию, можно подключиться к сети. Поэтому для обеспечения безопасности беспроводной локальной сети следует использовать комбинацию нескольких методов защиты. Например, для ограничения доступа в беспроводную сеть часто используют фильтрацию по �AC-адресам, т. е. решение о допуске конкретного устройства в беспроводную сеть принимают на основании его �AC-адреса. При каждой попытке беспроводного клиента установить соединение или ассоциироваться с точкой доступа он должен передать свой �AC-адрес. При включенной функции фильтрации по �AC-адресам беспроводной маршрутизатор или точка доступа выполнит поиск �ACадреса этого устройства по своему предварительно заданному списку. Подключение к сети будет разрешено только тем устройствам, чьи �AC-адреса внесены в базу данных маршрутизатора (рис. 4.8). Если �AC-адрес в базе данных отсутствует, то устройству будет отказано в подключении или обмене данными по беспроводной сети. Однако такой способ обеспечения безопасности также не дает полной гарантии, так как можно узнать разрешенный МАСадрес, сконфигурировать его на своем устройстве и получить доступ к сети. 135

Глава 4. Беспроводные технологии в информационных кабельных сетях

45-B9-31-B1-5C-22

00-09-6F-57-01-62

Фильтр по МАС-адресам

10-8A-41-2E-AD-75

Рис. 4.8. Фильтрация по �AC-адресам

Еще одним способом администрирования доступа является аутентификация. Аутентификация – это предоставление разрешения на вход в сеть по результатам проверки подлинности набора учетных данных. Ее цель выяснить, является ли устройство, пытающееся установить соединение, доверенным устройством. Наиболее распространена аутентификация по имени пользователя и паролю. В беспроводной среде при включенной функции аутентификации последняя должна быть выполнена до того, как клиенту будет предоставлено разрешение на подключение к сети. Существует три группы методов аутентификации в беспроводных сетях: • открытая аутентификация; • PSK (предварительно согласованный ключ); • EAP (расширенный протокол аутентификации). Открытая аутентификация используется по умолчанию. При этом аутентификация беспроводных устройств не производится. Всем устройствам разрешено устанавливать соединения независимо от их типа и принадлежности. Открытая аутентификация должна использоваться только в общедоступных беспроводных сетях, например интернет-кафе, гостиницах. 136

4.2. Принципы организации сети Wi-Fi

При использовании режима PSK точка доступа и клиент должны применять общий ключ. Точка доступа отправляет клиенту случайную строку байт. Клиент принимает эту строку, шифрует ее, используя общий ключ, и отправляет обратно. Точка доступа получает зашифрованную строку и расшифровывает ее. Если расшифрованная строка, принятая от клиента, совпадает с исходной строкой, отправленной клиенту, то ему дается разрешение установить соединение. При данном методе выполняется односторонняя аутентификация, т. е. точка доступа проверяет реквизиты подключаемого узла. Расширенный протокол аутентификации EAP обеспечивает взаимную или двустороннюю аутентификацию, а также аутентификацию пользователя. Если на стороне клиента установлено программное обеспечение EAP, клиент взаимодействует с внутренним сервером аутентификации, например TACACS или RADIUS (рис. 4.9). Привет! Я пользователь: xyz пароль: cisco и хотел бы подключиться

Ваш запрос будет переслан

Маршрутизатор А

Проверяется подключение пользователя: xyz пароль: cisco к маршрутизатору А

RADIUS

Рис. 4.9. Аутентификация EAP

Такие системы применяют, как правило, в корпоративной сети. Внутренний сервер аутентификации является общим для всех точек доступа, работает независимо от них и ведет базу данных всех пользователей, имеющих разрешение на доступ в сеть через различные точки доступа. Если предъявленные учетные данные являются допустимыми, пользователь рассматривается как прошедший аутентификацию. При включенной функции аутентификации независимо от применяемого метода клиент должен успешно пройти аутентификацию до того, как ему будет предоставлено разрешение на соединение с точкой доступа. Если включены функции аутентификации и фильтрации по �AC-адресам, то в первую очередь выполняется аутентификация. 137

Глава 4. Беспроводные технологии в информационных кабельных сетях

Аутентификация и фильтрация по �AC-адресам могут блокировать доступ в беспроводную сеть, но не смогут предотвратить перехват передаваемых данных. Поскольку весь трафик передается без проводов, то можно легко перехватить или прочитать кадры данных беспроводной сети. В этом случае для защиты трафика используют шифрование. В беспроводных сетях используют следующие протоколы обеспечения конфиденциальности: WEP, TKIP и AES. Во всех этих протоколах для шифрования и расшифровки данных, как правило, используют предварительно настроенные ключи. Протокол WEP – это первый механизм безопасности для шифрования трафика в беспроводных сетях. WEP-ключ вводят как строку чисел и букв длиной 64 или 128 бит. В некоторых случаях протокол WEP поддерживает 256-битные ключи. Точка доступа, а также каждое беспроводное устройство, имеющее разрешение на доступ в сеть, должны использовать общий WEP-ключ. Протокол WEP имеет следующие недостатки: простой алгоритм шифрования, использование статического ключа для всех устройств и др. Существуют программы, позволяющие перехватить и определить WEP-ключ, а после этого получить полный доступ ко всей передаваемой информации. Одним из средств защиты при этом является частая смена ключей. Поэтому организацией «Wi-Fi Alliance» были разработаны новые безопасные стандарты, известные как WPA и WPA2. Стандарт WPA использует протокол шифрования TKIP, который является преемником WEP и совместим с ним, поскольку для шифрования применяют тот же алгоритм, но его разрядность увеличена вдвое (до 48 бит). Кроме того, для каждого передаваемого пакета создают новый ключ, а целостность проверяют с помощью криптографической контрольной суммы. Все это позволяет успешно противодействовать атакам типа replay (повторное использование ключей) и forgery (изменение содержимого передаваемых пакетов). Конечной целью является переход на стандарт WPA2, который использует для шифрования мощный протокол AES, динамическое управление ключами (т. е. генерирует новые динамические ключи при каждой попытке клиента установить соединение с точкой доступа), а также некоторые дополнительные функции, позволяющие усилить безопасность обмена данными. При настройке беспроводных маршрутизаторов и точек доступа разных производителей администратор может столкнуться 138

4.2. Принципы организации сети Wi-Fi

с различными аббревиатурами в меню настроек функций безопасности. При этом надо учитывать, что: • PSK/PSK2 совместно с TKIP соответствует WPA; • PSK/PSK2 совместно с AES соответствует WPA2. Помимо управления доступом к беспроводной сети и администрирования прав на использование передаваемых данных рекомендуется также контролировать сетевой трафик. Для этого применяют процедуры фильтрации трафика, которые позволяют блокировать нежелательный исходящий и входящий трафик. Фильтрацию выполняет точка доступа, выступая в качестве межсетевого экрана. Фильтрация трафика позволяет исключать или ограничивать трафик на основе �AC- или IP-адресов, блокировать отдельные приложения по UR�-адресам, ключевым словам, номерам портов. Исключение нежелательного и подозрительного трафика из сети позволяет увеличить полосу пропускания для передачи более важных данных и тем самым увеличить производительность беспроводной сети. Например, с помощью фильтрации можно заблокировать весь Telnet-трафик, поступающий на определенный узел, например сервер аутентификации. Любые попытки проникновения на сервер аутентификации с помощью Telnet будут блокироваться как подозрительные (рис. 4.10).

Рис. 4.10. Пример окна настройки фильтров на основе UR�-адресов, ключевых слов, номеров портов 139

Глава 4. Беспроводные технологии в информационных кабельных сетях

Следует помнить, что ни одна из мер обеспечения безопасности в отдельности не гарантирует полной защиты беспроводной сети. Сочетание различных методов позволит повысить надежность и эффективность сетевой безопасности.

4.3. НаСТРОйка ТОЧкИ ДОСТУПа Wi-Fi И ОбОРУДОВаНИЯ кЛИЕНТа Настройка точки доступа Настройку точки доступа выполняют с помощью напрямую подключенного к ней компьютера. Подключение к точке доступа для настройки осуществляют согласно руководству по ее эксплуатации. Для этого можно использовать специально выделенный консольный порт или первый по нумерации порт Ethernet точки доступа. Во втором случае в руководстве указывают, какую сетевую адресацию необходимо настроить на компьютере, с которого будет проводиться администрирование. Как правило, подключение осуществляют через web-интерфейс. -интерфейс. Для этого необходимо знать имя и пароль администратора точки доступа, которые также указывают в руководстве пользователя. Перед настройкой точки доступа необходимо определить стандарт беспроводной связи, место расположения точки доступа и частотный канал. Рекомендуется изменить настройки, предварительно установленные по умолчанию: SSID, пароли для административного доступа и IP-адреса, так как, используя настройки по умолчанию, любой сможет легко идентифицировать точку доступа и получить доступ к ней. Настройку точки доступа осуществляют отдельно для проводной и беспроводной сети. Настройка проводных интерфейсов необходима для согласования работы точки доступа с сетью организации. Настройку беспроводного интерфейса выполняют для конфигурации сети Wi-Fi. Рассмотрим методику конфигурации точки доступа на примере Wi-Fi-маршрутизатора t�-link. 1. Выполнить подключение компьютера администратора к первому Ethernet порту маршрутизатора с помощью прямого UTP кабеля. Настроить на сетевом адаптере компьютера IP-адрес, соответствующий сети беспроводного маршрутизатора. Например, если в руководстве указан адрес маршрутизатора 192.168.0.1, то настраиваемый адрес – 192.168.0.2. 140

4.3. Настройка точки доступа Wi-Fi и оборудования клиента

2. �апустить на компьютере любой браузер и ввести в строку адреса IP-адрес маршрутизатора (в нашем примере 192.168.0.1). Должно произойти подключение компьютера к маршрутизатору и на экране появится окно подключения. 3. В появившемся окне необходимо ввести имя и пароль, которые установлены по умолчанию и указаны в руководстве. Если параметры введены верно, то открывается панель управления (рис. 4.11)

Рис. 4.11. Панель управления маршрутизатором. Настройка WAN-интерфейсов

4. Выполнить настройки для проводной сети: • для соединения с сетью организации необходимо настроить WAN-интерфейс маршрутизатора (см. рис. 4.11). Если маршрутизатор получает адрес от внешнего сервера DHCP, то выбирают тип подключения Динамический. Если маршрутизатор должен иметь статический адрес, то выбирают тип подключения Статический IP-адрес с указанием соответствующего IP-адреса, маски подсети и шлюза; • для поддержки клиентов беспроводной сети и локальной проводной сети маршрутизатора необходимо в закладке �AN (рис. 4.12) выбрать IP-адрес и маску подсети для �AN-интерфейса маршрутизатора (можно оставить по умолчанию); • при необходимости использовать DHCP-сервер для клиентов беспроводного маршрутизатора нужно в закладке DHCP (рис. 4.13) установить соответствующий флажок и определить параметры распределяемых адресов. 141

Глава 4. Беспроводные технологии в информационных кабельных сетях

Рис. 4.12. Настройка �AN-интерфейсов

Рис. 4.13. Настройка сервиса DHCP

5. Выполнить конфигурацию основных настроек беспроводного интерфейса маршрутизатора (рис. 4.14): • режим беспроводной сети. Большинство точек доступа для использования в небольших сетях, как правило, поддерживают режимы 802.11b, 802.11� и 802.11n. Хотя все они используют диапазон частот 2,4 ГГц, в каждом из них применяют свою технологию достижения максимальной пропускной способности. Выбор режима в точке доступа зависит от типа подключаемых клиентов. Если к точке доступа подключают только один тип устройств, следует выбрать режим, поддерживающий данные устройства. Если подключено несколько типов устройств, следует выбрать 142

4.3. Настройка точки доступа Wi-Fi и оборудования клиента

смешанный режим. Поддержка каждого режима требует определенной нагрузки от точки доступа. Если выбран смешанный режим, то производительность сети снизится из-за повышенной нагрузки на поддержку нескольких режимов; • SSID. Идентификатор SSID является отличительным признаком каждой беспроводной локальной сети. Функцию широковещательной рассылки SSID можно отключить; • беспроводной канал. Канал для точки доступа выбирают с учетом прилегающих беспроводных сетей. Для достижения оптимальной пропускной способности необходимо выбирать непересекающиеся каналы для смежных сетей. В большинстве точек доступа предусмотрена возможность ручной настройки канала или автоматического поиска наименее загруженных каналов, а также поиска каналов максимальной пропускной способности.

Рис. 4.14. Настройка параметров беспроводной сети

6. Выполнить настройку функций безопасности (рис. 4.15). Точка доступа, как правило, должна быть защищена. Для этого рекомендуется выбирать стандарты и протоколы, обеспечивающие максимальную защиту – аутентификацию WPA2 и шифрование AES. Однако если клиентское оборудование не поддерживает эти параметры, необходимо выбирать стандарты и протоколы, совместимые с ним. После выбора параметров аутентификации необходимо создать пароль (ключ) доступа для клиентов к беспроводному маршрутизатору, который они будут использовать при подключении. 143

Глава 4. Беспроводные технологии в информационных кабельных сетях

Рис. 4.15. Окно настройки протоколов безопасности и шифрования

В зависимости от выбора настройки персональной (Personal) или корпоративной (Enter�rise) Enter�rise)) сети будут активны окна для конфигурации серверов аутентификации RADIUS. На завершающем этапе при необходимости настраивают фильтрацию по �AC-, IP- и UR�-адресам, ключевым словам, номерам портов.

Настройка беспроводного клиента Беспроводной клиент – это любое устройство, на котором имеется интерфейсная плата беспроводной связи и установлено клиентское программное обеспечение беспроводной связи: ноутбук, планшет, смартфон и т. д. Для подключения беспроводного клиента к беспроводной сети необходимо использовать общую для клиента и точки доступа конфигурацию. Это касается SSID, настроек безопасности и информации о параметрах настройки канала (если настройку канала выполняют вручную). Эти параметры задают при настройке клиентского ПО. Клиентское ПО может быть интегрировано в операционную систему устройства, может быть также специально разработано автономное ПО стороннего производителя. К числу наиболее распространенного клиентского ПО для стационарных компьютеров и ноутбуков относят ПО, интегрированное в ОС Windows. При первом запуске устройство производит поиск доступных беспроводных сетей и выдает результат на экран (см. рис. 4.3). При этом защищенные точки доступа будут помечены соответствующим образом. Пользователь выби144

4.3. Настройка точки доступа Wi-Fi и оборудования клиента

рает сеть, к которой он планирует подключаться. При открытой аутентификации подключение к точке доступа произойдет автоматически. При выборе защищенной точки доступа, например �ynksys03, вводят соответствующие параметры безопасности (рис. 4.16) – тип шифрования и пароль доступа. Если параметры введены верно, оборудование клиента выдает сообщение о подключении. При этом точка доступа, как правило, назначает беспроводным клиентам IP-адреса -адреса с помощью сервиса DHCP,, поэтому у клиента должно быть настроено автоматическое получение IP-адреса.

Рис. 4.16. Окно ввода параметров безопасности и шифрования на оборудовании клиента

Специальное ПО беспроводной связи, входящее, например, в комплект беспроводного сетевого адаптера, предназначено для работы с конкретным адаптером. Это ПО может поддерживать расширенные функции по сравнению со стандартным ПО, входящим в комплект операционной системы Windows. Например ПО, поставляемое с оборудованием компании �inksys (рис. 4.17), предоставляет следующие настройки: • Link Information (информация о подключении) – отображает текущее значение мощности и качества сигнала; 145

Глава 4. Беспроводные технологии в информационных кабельных сетях

• Profiles (профили) – позволяет указать для каждой беспроводной сети такие параметры, как канал и SSID; • Site Survey (проверка участка) – выполняет обнаружение всех беспроводных сетей в ближайшем окружении.

Рис. 4.17. Интерфейс настройки беспроводного клиента �inksys

Одновременно управлять беспроводным подключением с помощью автономного служебного и клиентского ПО Windows невозможно. В большинстве случаев достаточно функциональных возможностей беспроводного клиента Windows. Однако если требуются несколько профилей для каждой беспроводной сети или расширенные параметры конфигурации, то лучше использовать служебные программы, поставляемые в комплекте с сетевыми платами. После выполнения настройки клиентского ПО следует проверить состояние канала между клиентом и точкой доступа. Для этого можно воспользоваться окном с информацией о беспроводных каналах, например о скорости подключения, состоянии подключения и используемых беспроводных каналах. �акладка Link Information» (см. рис. 4.17) отображает текущее значение мощности и качества сигнала. Похожую информацию можно получить и в стандартном ПО Windows (рис. 4.18). Помимо проверки состояния беспроводного соединения необходимо убедиться в возможности передачи данных. Одним из 146

4.3. Настройка точки доступа Wi-Fi и оборудования клиента

наиболее общих тестов успешной передачи данных является тест �in�. Передача данных возможна, если тест �in� прошел успешно.

Рис. 4.18. Проверка состояния подключения

В том случае, если тест �in� от источника к устройству назначения не проходит, необходимо отправить тест �in� от беспроводного клиента к точке доступа и убедиться, что точка доступа доступна. Если и эта операция завершилась неудачно, то источник проблемы следует искать между беспроводным клиентом и точкой доступа. Если соединение беспроводного клиента с точкой доступа успешно, необходимо проверить состояние подключения между точкой доступа и следующим сетевым устройством информационной сети, к которому подключена точка доступа. Если результат проверки успешный, то источник проблемы, скорее всего, не в настройке точки доступа, а в другом устройстве на маршруте либо в устройстве назначения.

Контрольные вопросы и задания

1. Перечислите и охарактеризуйте стандарты беспроводных локальных сетей. 147

Глава 4. Беспроводные технологии в информационных кабельных сетях

2. Назовите компоненты беспроводной локальной сети и их назначение. 3. Какую роль играет параметр SSID для беспроводной сети? 4. Какой метод используют в беспроводной среде для управления связью между клиентом и точкой доступа? 5. Перечислите основные этапы настройки точки доступа и беспроводного клиента. 6. Какое ПО и в каких случаях следует использовать для настройки беспроводного клиента? 7. Назовите причины уязвимости беспроводной сети и меры для обеспечения ее безопасности. 8. Перечислите протоколы аутентификации и шифрования, используемые для защиты беспроводной сети, укажите их особенности. 9. Какими возможностями обладают беспроводные маршрутизаторы для фильтрации нежелательного трафика?

148

ЛИТЕРаТУРа Олифер, В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. 4-е изд. СПб. : Питер, 2010. Самарский, П.А. Основы структурированных кабельных систем / П.А. Самарский. М. : Компания АйТи ; ДМК Пресс, 2016. Смирнов, И.Г. Структурированные кабельные системы – проектирование, монтаж и сертификация / И.Г. Смирнов. М. : ЭконИнформ, 2005. Убайдуллаев, Р.Р. Волоконно-оптические сети / Р.Р. Убайдуллаев. М. : Эко-Трендз, 2001. Электронные ресурсы Encyclopedia o� �aser Physics and Technolo�y [Электронный ресурс]. Режим доступа : htt�s://www.r�-�hotonics.com/ o�tical_�iber_ communications.html. Дата доступа : 25.07.2018. Сайт международного союза электросвязи [Электронный ресурс]. Режим доступа : htt�s://www.itu.int/rec/T-REC-G/e. Дата доступа : 15.05.2018. Сайт WorldSkills [Электронный ресурс]. Режим доступа : htt�s:// www.worldskills.or�. Дата доступа : 20.05.2018.

149

ПРИЛОжЕНИЕ МЕТОДИка ПРОВЕДЕНИЯ ТРЕНИНГОВ ДЛЯ ПОДГОТОВкИ УЧаСТНИкОВ РЕСПУбЛИкаНСкИХ И МЕжДУНаРОДНыХ кОНкУРСОВ ПРОФЕССИОНаЛЬНОГО МаСТЕРСТВа ПО кОМПЕТЕНЦИИ «ИНФОРМаЦИОННыЕ кабЕЛЬНыЕ СЕТИ» Предисловие Тренинги представляют собой варианты выполнения работ, соответствующих заданиям, выполняемым на международных соревнованиях мирового и европейского уровня WorldSkills и EuroSkills. Методические рекомендации разработаны на основе документов, используемых при проведении данных соревнований и соответствующих современным международным стандартам: технического описания (Technical descri�tion), ), тестовых проектов (Test �roject), конкурсных правил (Com�etition rules). �адания выполняют на специальном тренировочном стенде либо при его отсутствии в приспособленном для этих целей кабинете или в реальных условиях. Тренинги сгруппированы по типу передающей среды, используемой в информационной сети организации (медный кабель, волоконно-оптический кабель, радиосеть): • тренинг по прокладке и монтажу медных кабелей типа «витая пара» UTP Сat.5e, STP Сat.6a, UTP Сat.3; 150

Тренировочный стенд

• тренинг по прокладке и монтажу волоконно-оптического кабеля; • тренинг по устранению повреждения магистрального волоконно-оптического кабеля; • тренинг по установке беспроводной сети. В каждом тренинге рассмотрены монтаж, установка и использование различных элементов сетевой структуры (телекоммуникационных стоек и шкафов, боксов, панелей, коробок, розеток, видеокамер, беспроводных точек доступа и пр.) для определенного типа кабелей. Приведена методика выполнения различных типов работ, определены временные рамки их выполнения. В конце каждого тренинга приведены важные замечания, на которые следует обратить особое внимание при выполнении работы во избежание наиболее распространенных ошибок.

Тренировочный стенд Тренировочный стенд представляет собой имитацию реальных условий, в которых осуществляют проводку и монтаж кабелей различного типа для установки информационной сети организации. Подобный стенд (с различными вариациями) используют при проведении международных соревнований WorldSkills International по компетенции «Информационные кабельные сети». Тренировочный стенд включает (рис. 1): • участок из двух вертикальных стен, соединенных под углом 90°; • металлический (проволочный) кабельный лоток, прикрепленный к стенам и состоящий из как горизонтальных, так и вертикальных участков; • пластиковый кабель-канал для установки коммуникационных розеток; • две телекоммуникационные стойки (или одна телекоммуникационная стойка и телекоммуникационный шкаф). На тренировочном стенде может быть предусмотрено место для размещения и хранения в бухте кабелей различного типа. В процессе проведения нескольких тренингов при расходовании кабеля его можно просто вытягивать на необходимую длину (см. вид А рис. 1). 151

Приложение А А

Шкаф (Rack 2) Стойка 1 (Rack 1)

Рис. 1. Схема тренировочного стенда (вид сверху)

Стенки тренировочного стенда должны быть выполнены из материала, позволяющего легко крепить к нему кабель, монтировать навесные элементы (монтажные коробки, внешние розетки, IP-камеру и т. д.), например из дерева, ДВП, гипсокартона. Примеры тренировочного стенда и расположения кабельных лотков приведены на рисунках 2 и 3.

Рис. 2. Пример тренировочного стенда. 152

1. Тренинг по прокладке и монтажу кабелей UTP Сat.5e, STP Сat.6a

Рис. 3. Пример расположения кабельных лотков

1. Тренинг по прокладке и монтажу кабелей UTP Сat.5e, STP Сat.6a 1.1. Исходные данные Рабочее место: тренировочный стенд. Оборудование: телекоммуникационная стойка 19'', телекоммуникационный шкаф 19'', патч-панель Сat.5e (2 шт.), модули RJ-45 для патч-панели Сat.5e (20 шт.), патч-панель Сat.6a (2 шт.), модули RJ-45 -45 для патч-панели Сat.6а (12 шт.); телекоммуникационные розетки (3 шт.). Материалы: кабель UTP Сat.5e 4×2 парный – 100 м, кабель STP Сat.6a 4×2 парный – 60 м, пластиковые крепежные стяжки, пластиковые маркировочные стяжки, лента «велькро». Инструмент: кусачки, ножницы, маркер, набор отверток, рулетка, монтажный нож. 1.2. Постановка задачи (задание) В тренинге предусмотрен монтаж наиболее распространенных кабелей типа «витая пара», используемых при организации информационных сетей в компаниях, центрах обработки данных. При этом используют основной набор монтажного оборудования и материалов: телекоммуникационная стойка, телекоммуникационный шкаф, телекоммуникационные розетки, пластиковые и металлические кабель-каналы. 153

Приложение

Сначала необходимо выполнить соединение патч-панелей 1А (Сat.6a) и 1В (Сat.5e) телекоммуникационной стойки (Rack 1) соответственно c патч-панелями 2А (Сat.6a) и 2В (Сat.5e) телекоммуникационного шкафа (Rack Rack 2) кабелями «витая пара» категорий Сat.6a (СО-1) и Сat.5e (СО-2) (рис. 4). Условно считают, что телекоммуникационная стойка и телекоммуникационный шкаф находятся в разных помещениях. Монтаж кабелей осуществляют по кабельным лоткам. 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

STP Сat.6a (CO-1) 1A

12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

1B

UTP Сat.5e (CO-2)

2A 2B

Rack 2

Rack 1 Рис. 4. Схема прокладки и монтажа кабелей UTP и STP

�атем необходимо выполнить соединение патч-панели 2В телекоммуникационного шкафа (Rack Rack 2) с телекоммуникационными розетками ТО-1 (1–3) кабелями UTP категории Сat.5e (СО-3) (рис. 5). Монтаж кабелей выполняют в пластиковом кабельканале. Телекоммуникационные розетки могут быть встроенными в кабель-канал либо внешнего исполнения. 154

1. Тренинг по прокладке и монтажу кабелей UTP Сat.5e, STP Сat.6a

12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

UTP Сat.5e (CO-3)

оо 1

оо 2

оо 3

2В

Rack 2

ТО-1 Рис. 5. Схема подключения телекоммуникационных розеток

1.3. Методика проведения тренинга Прокладка и монтаж кабелей UTP и STP 1. Выполнить монтаж двух патч-панелей 1А (Сat.6a) и 1В (Сat.5e) в телекоммуникационной стойке (Rack 1) и двух патчпанелей 2А (Сat.5e) и 2В (Сat.6a) в телекоммуникационном шкафу (Rack 2) согласно местам, определенным схемой монтажа (см. рис. 4). 2. Отмерить необходимое количество кабелей каждой категории (10 кабелей Сat.5e, 6 кабелей Сat.6a). Необходимую длину кабеля можно определить двумя способами: • на основе предварительного измерения длины пути, с учетом запаса кабеля для монтажа в стойке (шкафу); • опытным методом, путем прокладки одного кабеля по маршруту прокладки и использования этой длины для нарезки остальных кабелей. 3. Пронумеровать кабели с обоих концов для их последующей идентификации. 4. Собрать кабели в жгуты. Кабели каждой категории должны быть собраны в отдельный жгут и перетянуты лентой «велькро». Шаг между стяжками должен составлять 40–50 см. 155

Приложение

5. Проложить жгут кабелей по трассе с использованием кабельных лотков. Жгуты должны располагаться параллельно друг другу, по прямой линии, без сильного натяжения, но и без провисания (рис. 6).

Рис. 6. Прокладка жгутов кабелей на кабельном лотке

6. �афиксировать жгуты кабелей с помощью пластиковых стяжек к кабельному лотку. Крепление следует проводить за ленту «велькро». 7. �афиксировать жгуты кабелей с помощью пластиковых стяжек в местах их ввода в телекоммуникационную стойку и в телекоммуникационный шкаф. 8. Выполнить укладку запаса кабеля в телекоммуникационной стойке и телекоммуникационном шкафу в виде петли или кольца, отрезать лишнюю длину кабеля с учетом расположения соответствующей патч-панели. 9. Выполнить терминирование кабелей соответствующими модулями RJ-45 -45 для патч-панелей. Установить оконцованные кабели с учетом их номеров в гнезда соответствующих патч-панелей в соответствии со схемой (рис. 7). 10. Провести окончательную фиксацию жгутов кабелей внутри телекоммуникационной стойки и телекоммуникационного шкафа. 11. Выполнить маркировку отдельных кабелей (рис. 8), жгутов кабелей, патч-панелей. 156

[CO-1]*6 S/FTP Сat.6a

C a b l e R a c k

1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 2А 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24

1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 1В 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24

Рис. 7. Схема соединения кабелей в патч-панелях

C a b l e R a c k

1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 2В 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24

157

1. Тренинг по прокладке и монтажу кабелей UTP Сat.5e, STP Сat.6a

1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 1А 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24

[CO-2]*10 U/UTP Сat.5e

Приложение

Рис. 8. Маркировка и крепление кабелей

Установка телекоммуникационных розеток 1. Отмерить необходимое количество кабелей категории UTP Сat.5e (в соответствии с количеством розеток). Необходимую длину кабеля можно определять двумя способами: • на основе предварительного измерения длины пути, с учетом запаса кабеля для монтажа в стойке (шкафу); • опытным методом, путем прокладки одного кабеля по маршруту прокладки и использования этой длины для нарезки остальных кабелей. 2. Пронумеровать кабели с обеих концов для их последующей идентификации. 3. Собрать кабели в жгут. Проложить жгут кабелей по трассе с использованием пластикового кабельного канала. 4. �афиксировать жгут кабелей с помощью пластиковых стяжек в месте его ввода в телекоммуникационный шкаф. 5. Выполнить укладку запаса кабеля в телекоммуникационном шкафу в виде петли или кольца, отрезать лишнюю длину кабеля с учетом расположения патч-панели 2В. 6. Выполнить терминирование кабелей модулями RJ-45 для патч-панелей Сat 5e. Установить оконцованные кабели с учетом их номеров в гнезда соответствующих патч-панелей в соответствии со схемой (рис. 9). 7. Провести окончательную фиксацию жгутов кабелей внутри телекоммуникационного шкафа. 8. Вывести по одной паре кабелей в месте установки каждой розетки согласно их номерам. Отрезать лишнюю длину кабеля с учетом запаса в виде петли. 9. Установить основания розеток. 158

1. Тренинг по прокладке и монтажу кабелей UTP Сat.5e, STP Сat.6a 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 2В 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 24

[CO-3]*6 U/UTP Сat.5e 1 ТО-1 1 2 (1) 2

1 ТО-1 1 2 (2) 2

1 ТО-1 1 2 (3) 2

Рис. 9. Схема подключения кабелей в телекоммуникационных розетках

10. Выполнить терминирование кабелей к соответствующим разъемам телекоммуникационной розетки, провести маркировку кабелей в соответствии со схемой монтажа (рис. 10). 11. Установить розетки в места их крепления. 12. Выполнить маркировку жгута кабелей, патч-панелей (при необходимости), телекоммуникационных розеток (рис. 11).

Рис. 10. Монтаж телекоммуникационной розетки

Рис. 11. Маркировка телекоммуникационных розеток 159

Приложение

1.4. Тайминг На каждую операцию тренинга отводят определенное количество времени. На практике его нормируют по видам работ. При проведении международных соревнований WorldSkills время определяют исходя из конкретных условий: количества кабелей для монтажа, типа патч-панелей и телекоммуникационных розеток. С учетом опыта проведения международных соревнований можно определить усредненные затраты времени (табл. 1). Таблица 1 Вид работы Монтаж патч-панелей и кабеля UTP Сat.5е Монтаж патч-панелей и кабеля STP Сat.6а Монтаж трех розеток Маркировка элементов

Среднее время, мин 90 90 60 30

1.5. Замечания по проведению тренинга, на которые следует обратить особое внимание После фиксации жгутов кабелей к кабельному лотку (см. п. 6 задания «Прокладка и монтаж кабелей UTP и STР) запрещается их повторное перемещение в целях оптимизации запаса кабеля в телекоммуникационной стойке (шкафу). �апрещается использовать маркировочные пластиковые стяжки для крепления кабеля (вместо крепежных пластиковых стяжек). Длина конца крепежной пластиковой стяжки после обрезки (откусывания) не должна превышать 5 мм.

2. Тренинг по прокладке и монтажу 25-парного кабеля UTP Сat.3 2.1. Исходные данные Рабочее место: тренировочный стенд, рабочий стол. Оборудование: телекоммуникационная стойка 19'', телекоммуникационный шкаф 19'', патч-панель �oice 25 портов Сat.3e (2 шт.). Материалы: кабель 25-парный UTP Сat.3e (10 м), пластиковые крепежные стяжки, пластиковые маркировочные стяжки, лента «велькро». Инструмент: кусачки, ножницы, маркер, набор отверток, ударный инструмент для кросса типа «Krone» или «110», рулетка, монтажный нож. 160

2. Тренинг по прокладке и монтажу 25-парного кабеля UTP Сat.3

2.2. Постановка задачи (задание) Стремление использовать существующую кабельную структуру сети организации не только для передачи данных, но также и для телефонии обусловило применение в информационных сетях недорогого кабеля «витая пара» третьей категории. В тренинге предусмотрен монтаж 25-парного кабеля типа «витая пара» UTP Сat.3 для организации передачи телефонного трафика. Необходимо выполнить соединение �oice патч-панели 1С телекоммуникационной стойки (Rack 1) соответственно c �oice патч-панелью 2С телекоммуникационного шкафа (Rack 2) 25парным кабелем «витая пара» категории Сat.3 (СО-3) (рис. 12). Условно считают, что телекоммуникационная стойка и телекоммуникационный шкаф находятся в разных помещениях. Монтаж кабелей осуществляют по кабельным лоткам. 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

1С

12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

2С

Rack 2 25 × UTP Сat.3 (CO-3)

Rack 1 Рис. 12. Схема прокладки и монтажа 25-парного кабеля UTP 161

Приложение

2.3. Методика проведения тренинга 1. Отмерить необходимую длину кабеля. Необходимую длину кабеля можно определить двумя способами: • на основе предварительного расчета длины пути, с учетом запаса кабеля для монтажа в стойке (шкафу); • опытным методом, путем прокладки кабеля по маршруту прокладки. 2. Проложить кабель по трассе с использованием кабельных лотков. Кабель должен располагаться параллельно другим кабелям, по прямой линии, без сильного натяжения, но и без провисания (см. рис. 6). 3. �афиксировать кабель с помощью пластиковых стяжек к кабельному лотку. 4. �афиксировать кабель с помощью пластиковых стяжек в местах его ввода в телекоммуникационную стойку и в телекоммуникационный шкаф. 5. Расположить патч-панель 1С на рабочем столе рядом с телекоммуникационной стойкой (Rack 1). Снять изоляцию с кабеля на длину, необходимую для монтажа проводов. Подготовить кабель для монтажа согласно схеме (рис. 13). 25 port RJ-45 Voice Panel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

1С

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Терминирование 1 пары проводов в каждый порт

1С (Rack 1) [CO-3] UTP 25P Сat.3 Кабельный канал

Терминирование 1 пары проводов в каждый порт

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

2С

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

2С (Rack 2)

25 port RJ-45 Voice Panel

Рис. 13. Схема соединения проводов 25-парного кабеля UTP 162

2. Тренинг по прокладке и монтажу 25-парного кабеля UTP Сat.3

6. Провести терминирование проводов кабеля в патч-панели с помощью ударного инструмента, соответствующего типу используемой патч-панели типа «Krone» или «110» (рис. 14).

Рис. 14. Терминирование проводов 25-парного кабеля UTP

7. Выполнить монтаж патч-панели 1С в телекоммуникационной стойке (Rack 1). 8. Выполнить укладку запаса кабеля в телекоммуникационной стойке в виде петли или кольца. 9. Расположить патч-панель 2С на рабочем столе рядом с телекоммуникационным шкафом (Rack 2). Снять изоляцию с кабеля на длину, необходимую для монтажа проводов. 10. Провести терминирование проводов кабеля в патч-панели с помощью ударного инструмента, соответствующего типу используемой патч-панели типа «Krone» или «110» (см. рис. 14). 11. Выполнить монтаж патч-панели 2С в телекоммуникационном шкафу (Rack 2). 12. Выполнить укладку запаса кабеля в телекоммуникационном шкафу в виде петли или кольца. 13. Провести окончательную фиксацию кабеля внутри телекоммуникационной стойки и в телекоммуникационном шкафу. 14. Выполнить маркировку кабеля и патч-панелей. 2.4. Тайминг На каждую операцию тренинга отводят определенное количество времени. На практике его нормируют по видам работ. При проведении международных соревнований WorldSkills время определяют исходя из конкретных условий: количества кабелей для монтажа, типа патч-панелей. С учетом опыта проведения 163

Приложение

международных соревнований можно определить усредненные затраты времени (табл. 2). Таблица 2 Вид работы Монтаж патч-панелей и кабеля UTP 25 Сat.3е Маркировка элементов

Среднее время, мин 60 15

2.5. Замечания по проведению тренинга, на которые следует обратить особое внимание После крепления кабеля к телекоммуникационной стойке рекомендуется выполнить запас проводов, освобожденных от изоляции, в виде кольца диаметром 15–20 см для обеспечения возможности извлечения патч-панели из стойки при проведении диагностических или ремонтных работ. В некоторых кабелях данного типа 25-я пара может быть размещена в центральной несущей жиле, поэтому перед ее обрезкой надо убедиться в отсутствии в ней информационных проводов. Процесс терминирования проводов в патч-панели следует проводить на рабочем столе в устойчивом положении, чтобы исключить травмирование ударным инструментом.

3. Тренинг по прокладке и монтажу волоконнооптического кабеля 3.1. Исходные данные Рабочее место: тренировочный стенд, рабочий стол. Оборудование: телекоммуникационная стойка 19'', телекоммуникационный шкаф 19'', сварочный аппарат для волоконнооптического кабеля, скалыватель оптоволокна, волоконнооптические боксы (в комплекте) (2 шт.), лазерный источник света, урна для мусора. Материалы: волоконно-оптический кабель магистральной проводки одномодовый (S�) на 48–96 волокон, волоконнооптический кабель внутренней проводки одномодовый (S�) на 12–24 волокна, пластиковые крепежные стяжки, пластиковые маркировочные стяжки, изолента, самоклеящиеся площадки, гильзы КД�С, жидкость для снятия геля, жидкость для очистки оптических волокон, безворсовые салфетки, оптические пигтейлы (16 шт.), механические соединители-коннекторы оптических волокон (8 шт.). 164

3. Тренинг по прокладке и монтажу волоконно-оптического кабеля

Инструмент: стриппер для волоконно-оптического кабеля, стриппер для оптического волокна, стриппер для оптических модулей, плоскогубцы, кусачки, ножницы для резки кевларовых нитей, тросокус, маркер, набор отверток, монтажный нож, пинцет, защитные очки, перчатки, инструмент для очистки волоконнооптических коннекторов, дозатор жидкости. 3.2. Постановка задачи (задание) При выполнении задачи прокладки и монтажа волоконнооптического кабеля необходимо учитывать тип и конструкцию применяемого кабеля (наличие защитной оболочки, гелиевого наполнителя, модульности исполнения и т. д.), условия его прокладки (внутри помещения, снаружи помещения, в грунте, на подвесе) и, соответственно, технологию монтажа. В большинстве случаев для процесса обучения задачу можно условно разделить на две части: • прокладка и монтаж магистрального волоконно-оптического кабеля (как правило, это кабель с защитной оболочкой и гелиевым наполнением); • прокладка и монтаж волоконно-оптического кабеля внутренней проводки (как правило, это кабель без защитной оболочки и без гелиевого наполнения). В первой части тренинга необходимо выполнить прокладку магистрального волоконно-оптического кабеля (FO-2) между двумя месторасположениями (телекоммуникационной стойкой Rack 1 и телекоммуникационным шкафом Rack 2) по определенной трассе (кабельный лоток), а также монтаж концов волоконнооптического кабеля в волоконно-оптические боксах 1F F и 2F, F,, расположенных соответственно в телекоммуникационной стойке и телекоммуникационным шкафу (рис. 15). Для терминирования волоконно-оптического кабеля в боксе 2F F используют оптические пигтейлы. Соединяют пигтейл и оптическое волокно в боксах с помощью сварки (рис. 16). Для облегчения мониторинга правильности выполнения задания сварку оптических волокон в боксе 1F F телекоммуникационной стойки Rack 1 выполняют таким образом, что при соединении портов в боксе 2F с помощью оптических патч-кордов (трех дуплексных или шести одиночных) по схеме рисунка 16 получить кольцо для оптического сигнала. При условии правильного и качественного выполнения задания при подаче света от 165

Приложение

лазерного источника в порт 1 бокса 2F свет должен выходить из порта 11, при подаче света от лазерного источника в порт 2 свет должен выходить из порта 12. 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

1F

12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

2F Rack 2

48 × SM Fiber (FO-2)

Rack 1 Рис. 15. Схема прокладки магистрального оптического кабеля

166

Rack R2

Rack R1 1F

2F

13–14 15–16 17–18 19–20 21–22 23–24 25–26 27–28 29–30 31–32 33–34 35–36 37–38 39–40 41–42 43–44 45–46 47–48

Количество сварок: 8

ВО кабель (FO-2)

1–2 3–4 5–6 7–8 9–10 11–12

1–2 3–4

13–14 15–16 17–18 19–20 21–22 23–24 25–26

9–10 11–12

5–6 7–8

13–14 15–16

27–28 29–30 31–32 33–34 35–36 37–38 39–40 41–42 43–44 45–46 47–48

Количество сварок: 16 Количество патч-кордов: 3 Duplex

167

Рис. 16. Схема монтажа оптических волокон в боксах

3. Тренинг по прокладке и монтажу волоконно-оптического кабеля

1–2 3–4 5–6 7–8 9–10 11–12

Приложение

Во второй части тренинга необходимо выполнить прокладку волоконно-оптического кабеля внутренней проводки (FO-1) FO-1) -1) между телекоммуникационной стойкой Rack 1 и оптической распределительной коробкой (ТО-2), расположенной на стене помещения, по определенной трассе – стене помещения (рис. 17), а также монтаж концов волоконно-оптического кабеля в волоконно-оптическом боксе 1F, расположенном в телекоммуникационной стойке Rack 1, и в оптической распределительной коробке. Для терминирования волоконно-оптического кабеля в оптической распределительной коробке используют оптические пигтейлы. Соединяют пигтейл и оптическое волокно с помощью сварки. Для терминирования волоконно-оптического кабеля в боксе используют механические коннекторы оптических волокон.

ТО-2

Rack 1

28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

1F

12 × SM Fiber (FO-1)

Рис. 17. Схема прокладки оптического кабеля внутренней проводки 168

3. Тренинг по прокладке и монтажу волоконно-оптического кабеля

3.3. Методика проведения тренинга Прокладка и монтаж магистрального волоконно-оптического кабеля 1. Отмерить необходимое количество магистрального волоконно-оптического кабеля. Необходимую длину кабеля можно определить двумя способами: • на основе предварительного измерения длины пути, с учетом запаса кабеля для монтажа в стойке (шкафу); • опытным методом, путем прокладки кабеля по маршруту прокладки. 2. Проложить кабель по трассе с использованием кабельных лотков. Кабель должен располагаться параллельно другим кабелям в лотке (при их наличии), по прямой линии, без сильного натяжения, но и без провисания (см. рис. 6). 3. �афиксировать кабель с помощью пластиковых стяжек к кабельному лотку. 4. �афиксировать кабель с помощью пластиковых стяжек в местах их ввода в телекоммуникационную стойку и в телекоммуникационный шкаф. 5. Выполнить разделку магистрального волоконно-опти ческого кабеля согласно технологии для данного типа кабеля (удалить оболочку, защитные элементы, очистить модули от геля). 6. Разместить рабочий стол рядом со стойкой. Установить оптический бокс 1F на рабочем столе, осуществить ввод кабеля в бокс, выполнить фиксацию кабеля к боксу не менее чем двумя крепежными стяжками, а также крепление к боксу усилительного элемента кабеля (троса или кевларовых нитей). 7. Разместить на рабочем столе сварочный аппарат. Выполнить разделку оптических модулей с учетом необходимого запаса и сварку оптических волокон согласно схеме (см. рис. 16). 8. Выполнить укладку оптических волокон в кассете (входит в комплектацию бокса) и в свободном пространстве бокса. Согласно стандарту количество запаса оптического волокна (пигтейла) не должно превышать одного-двух колец. 9. �акрыть оптический бокс крышкой, выполнить его монтаж в телекоммуникационной стойке. 10. Выполнить положения пунктов 6–8 для оптического бокса 2F телекоммуникационного шкафа. 11. Выполнить маркировку пигтейлов, оптических волокон (при необходимости). Провести очистку внутренней поверхности оптического бокса от мусора, остатков геля (при необходимости). 169

Приложение

12. Выполнить подключение пигтейлов к соответствующим портам оптического бокса. Провести очистку разъемов, закрыть их специальными заглушками (рис. 18).

Рис. 18. Монтаж оптических волокон в боксе

13. �акрыть оптический бокс крышкой, выполнить его монтаж в телекоммуникационной стойке. 14. Провести окончательную фиксацию кабеля внутри телекоммуникационной стойки (телекоммуникационного шкафа), выполнив укладку запаса кабеля в виде петли или кольца. 15. Выполнить маркировку кабеля, оптических боксов, портов оптических боксов (при необходимости). Прокладка и монтаж волоконно-оптического кабеля внутренней проводки 1. Разместить на стене оптическую распределительную коробку с помощью входящего в комплект крепежного материала. 2. Отмерить необходимое количество волоконно-оптического кабеля внутренней проводки. Необходимую длину кабеля можно определить двумя способами: • на основе предварительного измерения длины пути, с учетом запаса кабеля для монтажа в стойке (шкафу); • опытным методом, путем прокладки кабеля по маршруту прокладки. 3. Проложить кабель по намеченной трассе с закреплением его на стене. Кабель должен располагаться по кратчайшему расстоянию либо по горизонтальным и вертикальным линиям, без запаса. 4. �афиксировать кабель с помощью пластиковых стяжек в месте его ввода в телекоммуникационную стойку. 170

3. Тренинг по прокладке и монтажу волоконно-оптического кабеля

5. Установить оптический бокс 1F F на рабочем столе, осуществить ввод кабеля в бокс, выполнить фиксацию кабеля к боксу не менее чем двумя крепежными стяжками, а также крепление к боксу усилительного элемента кабеля (троса или кевларовых нитей). 6. Выполнить разделку волоконно-оптического кабеля согласно технологии для данного типа кабеля. 7. Выполнить разделку оптических модулей с учетом необходимого запаса и механическое соединение оптических волокон с коннекторами согласно схеме на рисунке 19 (всего 8 механических соединений). Rack 1 (1–2)

ТО-2

(3–4)

ВО кабель (FO-1)

(5–6) (7–8) (9–10) (11–12)

Port 2A (13–14) Port 2B

1–2 3–4

(15–16) (17–18) (19–20) (21–22)

1–2 3–4

Сварка: 1к3 2к4

9–10

Port A

11–12

Port В

9–10 11–12

(23–24)

Рис. 19. Схема монтажа оптических волокон

8. Выполнить укладку оптических волокон в кассете (входит в комплектацию бокса) и в свободном пространстве бокса. Согласно стандарту количество запаса оптического волокна не должно превышать одного-двух колец. 9. Выполнить маркировку коннекторов, оптических волокон (при необходимости). Провести очистку внутренней поверхности оптического бокса от мусора, остатков геля (при необходимости). 10. Выполнить подключение коннекторов к соответствующим портам оптического бокса. Провести очистку разъемов, закрыть их специальными заглушками. 11. �акрыть оптический бокс крышкой, выполнить его монтаж в телекоммуникационной стойке (шкафу). 171

Приложение

12. Провести окончательную фиксацию кабеля внутри телекоммуникационной стойки, выполнив укладку запаса кабеля в виде петли или кольца. 13. Выполнить ввод второго конца кабеля в оптическую распределительную коробку, фиксацию кабеля внутри коробки не менее чем двумя крепежными стяжками, а также крепление к оптической коробке усилительного элемента кабеля (троса или кевларовых нитей) (рис. 20).

Рис. 20. Крепление кабеля в оптической коробке

14. Выполнить разделку волоконно-оптического кабеля согласно технологии для данного типа кабеля. 15. Выполнить разделку оптических модулей с учетом необходимого запаса и сварку оптических волокон согласно схеме на рисунке 19 (всего 6 сварок, при этом волокна 1 и 3, 2 и 4 сваривают друг с другом, волокна 9–12 терминируют с помощью пигтейлов). 16. Выполнить укладку оптических волокон в кассете (входит в комплектацию коробки) и в свободном пространстве коробки. Согласно стандарту количество запаса оптического волокна (пигтейла) не должно превышать одного-двух колец. 17. Выполнить маркировку пигтейлов, коннекторов (рис. 21). 18. Выполнить маркировку кабеля, коробки, портов оптических боксов (при необходимости). 172

3. Тренинг по прокладке и монтажу волоконно-оптического кабеля

Рис. 21. Маркировка элементов оптической коробки

3.4. Тайминг На каждую операцию тренинга отводят определенное количество времени. На практике его нормируют по видам работ. При проведении международных соревнований WorldSkills время определяют исходя из конкретных условий: типа волоконнооптического кабеля, типа волоконно-оптических боксов и коробок, количества сварок оптических волокон. С учетом опыта проведения международных соревнований можно определить усредненные затраты времени (табл. 3). Таблица 3 Вид работы Прокладка магистрального волоконно-оптического кабеля Монтаж оптического бокса (16 волокон) Маркировка боксов и кабеля Прокладка волоконно-оптического кабеля внутренней проводки Монтаж оптической коробки (8 волокон) Маркировка оптической коробки и кабеля

Среднее время, мин 30 60 5 20 45 5

173

Приложение

3.5. Замечания по проведению тренинга, на которые следует обратить особое внимание Все виды работ проводят в защитных очках. Работы по снятию оболочки с кабеля проводят в защитных перчатках. Сварку кабеля следует осуществлять в устойчивом положении. Прибор должен размещаться на рабочем столе или специально предназначенной для этого подставке. Для очистки оптического волокна от загрязнений перед сваркой применяют смоченные в спирте одноразовые безворсовые салфетки. Оптоволокно необходимо очищать салфеткой не менее трех раз. Каждую салфетку используют однократно. Если предоставленные для работы пигтейлы выполнены в защитной оболочке, то ее следует удалить на всю длину пигтейла.

4. Тренинг по устранению повреждения магистрального волоконно-оптического кабеля 4.1. Исходные данные Рабочее место: рабочий стол. Оборудование: сварочный аппарат для волоконно-оптического кабеля, скалыватель оптоволокна, лазерный источник света, урна для мусора. Материалы: волоконно-оптический кабель магистральной проводки S� на 48–96 волокон, волоконно-оптическая соединительная муфта, пластиковые крепежные стяжки, изолента, гильзы КД�С, жидкость для снятия геля, жидкость для очистки оптических волокон, безворсовые салфетки. Инструмент: стриппер для волоконно-оптического кабеля, стриппер для оптического волокна, стриппер для оптических модулей, плоскогубцы, тросокус, кусачки, ножницы для резки кевларовых нитей, набор отверток, набор гаечных ключей, монтажный нож, пинцет, защитные очки, перчатки, дозатор жидкости. 4.2. Постановка задачи (задание) При прокладке магистральной волоконно-оптической линии связи в месте, где заканчивается одна строительная длина кабеля и начинается новая, необходимо осуществить сращива174

4. Тренинг по устранению повреждения магистрального волоконно-оптического кабеля

ние кабеля. Это делают с помощью соединительной волоконнооптической муфты. Кроме того, наиболее частым повреждением волоконно-оптической линии связи является обрыв кабеля при внешнем воздействии (например, экскаватором при рытье траншей сторонней организацией). Такое повреждение также исправляют с помощью соединительной волоконно-оптической муфты. В данном тренинге имитируют ликвидацию обрыва волоконно-оптического кабеля путем соединения двух его концов. В простейшем случае для этого можно использовать два куска магистрального кабеля длиной 5–6 м. Однако для максимального приближения к реальной ситуации рекомендуется использовать выполненное задание тренинга по прокладке и монтажу магистрального волоконно-оптического кабеля (первая часть тренинга 3), когда имеется действующая линия связи между телекоммуникационной стойкой (Rack Rack 1) и телекоммуникационным шкафом (Rack 2), соединенных магистральным волоконнооптическим кабелем (рис. 22). Данный кабель необходимо разрезать примерно посередине, затем, используя запасы кабеля FO-2 в телекоммуникационной стойке и телекоммуникационным шкафу, вытравить необходимую для ремонта длину (примерно 3 м с каждой стороны). После этого осуществляют сращивание двух концов волоконно-оптического кабеля с помощью соединительной муфты. Оптические волокна должны быть сварены в последовательности, восстанавливающей работоспособность линии (рис. 23). После монтажа муфта может быть установлена на стенке тренировочного стенда в непосредственной близости от места повреждения волоконно-оптического кабеля либо закреплена на рабочем столе. Правильность монтажа волоконно-оптической муфты и восстановления работоспособности линии связи можно проверить с помощью лазерного источника света, применив тест из тренинга 3. В случае правильного и качественного выполнения задания при подаче света от лазерного источника в порт 1 бокса 2F свет должен выходить из порта 11 бокса 2F, F, при подаче света от лазерного источника в порт 2 бокса 2F свет должен выходить из порта 12 бокса 2F (см. рис. 23). 175

1–2 3–4 5–6 7–8 9–10 11–12

2F

1F

13–14 15–16 17–18 19–20 21–22 23–24 25–48

13–14 15–16 17–18 19–20 21–22 23–24 25–26 27–28 29–30 31–32 33–34 35–36 37–38 39–40 41–42 43–44 45–46 47–48

Количество сварок: 8

1–2 3–4 5–6 7–8 9–10 11–12

ВО кабель (FO-2)

1–2 3–4 5–6 7–8 9–10 11–12 13–14 15–16

27–28 29–30 31–32 33–34 35–36 37–38 39–40 41–42 43–44 45–46 47–48

Количество сварок: 16 Количество патч-кордов: 3 Duplex Рис. 22. Схема линии связи до повреждения

Приложение

176

Rack R2

Rack R1

Rack 2

Оптическая муфта 1–2 3–4 5–6 7–8 9–10 11–12 13–14 15–16 17–18 19–20 21–22 23–24

1F

1–2 3–4 5–6 7–8 9–10 11–12

1–2 3–4 5–6 7–8 9–10 11–12

13–14 15–16 17–18 19–20 21–22 23–24

25–26 27–28 29–30 31–32 33–34 35–36

25–26 27–28 29–30 31–32 33–34 35–36

13–14 15–16 17–18 19–20 21–22 23–24 25–48 1–2 3–4 5–6 7–8 9–10 11–12

37–38 39–40 41–42 43–44 45–46 47–48

37–38 39–40 41–42 43–44 45–46 47–48

13–14 15–16 17–18 19–20 21–22 23–24

ВО кабель [FO-2]

2F

ВО кабель [FO-2]

1–2 3–4 5–6 7–8 9–10 11–12 13–14 15–16 17–18 19–20 21–22 23–24 25–48

177

Рис. 23. Схема линии связи после устранения повреждения

(1–4)

(5–8) (9–12)

(13–16)

4. Тренинг по устранению повреждения магистрального волоконно-оптического кабеля

Rack 1

Приложение

4.3. Методика проведения тренинга 1. Установить рабочий стол, закрепить оба конца сращиваемого кабеля на рабочем столе. 2. Выполнить разделку магистрального волоконно-опти ческого кабеля согласно технологии для данного типа кабеля (удалить оболочку, защитные элементы, очистить модули от геля и т. д.). 3. Разобрать волоконно-оптическую муфту, ввести разделанные концы кабеля в соответствующие отверстия основания муфты, закрепить концы кабеля в муфте в соответствии с технологией монтажа. Особое внимание уделить правильной фиксации силовых элементов кабеля. 4. Выполнить разделку необходимого количества модулей оптического кабеля на волокна, остальные модули обрезать. Длину модуля, остающегося неразделанным на волокна, определяют на основании прилагаемой инструкции по монтажу конкретной муфты. 5. Выполнить фиксацию модулей внутри кассет. Проверить свободу перемещения кассет при их закрытии (открытии), отсутствие перекрещивания и натяжения модулей. При неудовлетворительных результатах проверки необходимо провести укладку оптических модулей заново. 6. Провести сварку оптических волокон согласно схеме на рисунке 23. 7. Выполнить укладку волокон в кассеты муфты. Согласно стандарту количество запаса оптического волокна в кассете не должно превышать одного-двух колец (рис. 24, а).

а

б Рис. 24. Монтаж волоконно-оптической муфты: а – укладка волокон; б – менеджмент модулей

178

4. Тренинг по устранению повреждения магистрального волоконно-оптического кабеля

8. Выполнить закрытие всех кассет и менеджмент расположения модулей оптического кабеля в целях недопущения их повреждения при закрытии муфты (рис. 24, б). 9. Собрать волоконно-оптическую муфту. 10. Выполнить маркировку муфты и кабелей (рис. 25). �акрепить муфту на стенке тренировочного стенда (при необходимости) или рабочем столе. 11. Выполнить тест на проверку работоспособности линии связи.

Рис. 25. Волоконно-оптическая муфта в собранном виде

4.4. Тайминг На каждую операцию тренинга отводят определенное количество времени. На практике его нормируют по видам работ. При проведении международных соревнований WorldSkills время определяют исходя из конкретных условий: типа волоконнооптического кабеля, типа волоконно-оптической муфты, количества сварок оптических волокон. С учетом опыта проведения международных соревнований можно определить усредненные затраты времени (табл. 4). Таблица 4 Вид работы Разделка волоконно-оптического кабеля Монтаж волоконно-оптической муфты Менеджмент модулей, сборка муфты Маркировка и крепление муфты

Среднее время, мин 30 90 20 10 179

Приложение

4.5. Замечания по проведению тренинга, на которые следует обратить особое внимание Все виды работ проводят в защитных очках. Работы по снятию оболочки с кабеля проводят в защитных перчатках. Расположение кабелей при работе должно быть таким, чтобы исключить повреждение муфты и самих кабелей.

5. Тренинг по сварке оптоволокна на время 5.1. Исходные данные Рабочее место: рабочий стол. Оборудование: сварочный аппарат для волоконно-оптического кабеля, скалыватель оптоволокна, лазерный источник света, урна для мусора. Материалы: волоконно-оптический кабель S� на 48–96 волокон, пластиковые крепежные стяжки, самоклеящиеся площадки, гильзы КД�С, жидкость для снятия геля, жидкость для очистки оптических волокон, безворсовые салфетки, оптический пигтейл (1 шт.). Инструмент: стриппер для волоконно-оптического кабеля, стриппер для оптического волокна, стриппер для оптических модулей, кусачки, ножницы, пинцет, защитные очки, перчатки, инструмент для очистки волоконно-оптических разъемов, дозатор жидкости. 5.2. Постановка задачи (задание) В некоторых случаях в реальных условиях необходимо провести установку волоконно-оптической линии связи либо устранить обрыв кабельной линии в максимально короткие сроки. Как правило, это связано с форс-мажорными обстоятельствами, когда время восстановления работы линии связи играет ключевую роль. В данном тренинге необходимо выполнить сварку оптических волокон на скорость. При этом качество сварки должно удовлетворять заданным критериям. Как правило, допустимые потери на одну сварку при выполнении данного тренинга не должны превышать 0,5 дБ. В результате работы оценивают технику процесса сварки оптического волокна, оптимальность использования рабочего места, соблюдение правил техники безопасности. 180

5. Тренинг по сварке оптоволокна на время

Для проведения данного тренинга необходимо предварительно подготовить рабочее место. На это, как правило, отводят 40–60 мин (в зависимости от типа кабеля). Участнику выдают два отрезка волоконно-оптического кабеля длиной 5–6 м. Кабели необходимо свернуть кольцом и закрепить на рабочем столе с двух сторон (или с одной стороны на некотором расстоянии друг от друга) с помощью самоклеящихся площадок и пластиковых стяжек (рис. 26). �атем необходимо провести разделку волоконнооптического кабеля, очистку, разделку оптических модулей на волокна. Длину незачищенных модулей оставляют около 3–4 см, длину оптических волокон – около 70–90 см, длину силового элемента – 5–7 см (рис. 27).

Рис. 26. Размещение и крепление волоконнооптического кабеля на рабочем столе 70–90 см

ВО кабель 48 × SM

3 см

7 см

Рис. 27. Разделка волоконно-оптического кабеля для сварки на скорость

Оптические волокна размещают на столе таким образом, чтобы они не перекрещивались и не могли повредиться во время 181

Приложение

работы. Прибор для сварки оптических волокон и скалыватель размещают непосредственно перед участником. Общий вид рабочего места приведен на рисунке 28.

Рис. 28. Рабочее место для сварки на скорость

Во время теста для сварки оптических волокон используют стандарт TIA/EIA 598С–2005, определяющий цветовую гамму и нумерацию оптических модулей и оптических волокон в модуле. Перед началом теста требуется приварить оптический пигтейл к первому волокну первого модуля (согласно стандарту это синее волокно синего модуля). Данный пигтейл подключают к источнику света и используют для проверки выполненного задания. Сварку волокон осуществляют в следующем порядке (рис. 29): • первое волокно кабеля FO-7 (конец А) – пигтейл; • первое волокно кабеля FO-7 (конец В) – первое волокно кабеля FO-8 (конец В); • первое волокно кабеля FO-8 (конец А) – второе волокно кабеля FO-7 (конец А); • второе волокно кабеля FO-7 (конец В) – второе волокно кабеля FO-8 (конец В); • второе волокно кабеля FO-8 (конец А) – третье волокно кабеля FO-7 (конец А) и т. д. В результате выполнения работы получают кольцо из сваренных последовательно оптических волокон двух кабелей. 182

5. Тренинг по сварке оптоволокна на время

Конец В

1 2 11 12 13 14 23 24 25 26 35 36 37 38 47 48

48 47 38 37 36 35 26 25 24 23 14 13 12 11 2 1

48 47 38 37 36 35 26 25 24 23 14 13 12 11 2 1

Конец А

FO-8 48 × 0,25

FO-7 48 × 0,25

Конец А

1 2 11 12 13 14 23 24 25 26 35 36 37 38 47 48

Конец В

Рис. 29. Схема сварки оптических волокон на скорость

5.3. Методика проведения тренинга 1. Разместить на рабочем столе самоклеящиеся площадки (по две на каждый конец кабеля). 2. Провести разделку волоконно-оптического кабеля на модули, очистить модули от геля. 3. �акрепить концы кабеля на самоклеящихся площадках с помощью крепежных пластиковых стяжек. 4. Провести разделку оптических модулей на волокна, очистить волокна от геля. 5. Расположить сварочный аппарат, скалыватель волокон, гильзы КД�С на рабочем столе в удобном для выполнения работы месте. 6. Расположить оптические волокна согласно цветовой маркировке. 7. По сигналу начать сварку оптических волокон по выбранному алгоритму. 183

Приложение

8. �а 2–3 мин до окончания времени работы провести уборку рабочего места. 5.4. Тайминг На каждую операцию тренинга отводят определенное количество времени. На практике его нормируют по видам работ. При проведении международных соревнований WorldSkills время определяют исходя из конкретных условий: количества сетевых и оконечных устройств, количества соединительных кабелей для монтажа. С учетом опыта проведения международных соревнований можно определить усредненные затраты времении (табл. 5). Таблица 5 Вид работы Подготовка рабочего места Сварка оптоволокна Уборка рабочего места

Среднее время, мин 40–60 30 2–3

5.5. Замечания по проведению тренинга, на которые следует обратить особое внимание Перед началом работы следует проверить заряд батареи сварочного аппарата. Все виды работ проводят в защитных очках. Работы по снятию оболочки с кабеля проводят в защитных перчатках. Очистку каждого оптоволокна перед сваркой проводят одноразовой салфеткой не менее трех раз. Салфетки предварительно рекомендуется разрезать на четыре части и смочить спиртом (для экономии времени). Для контроля правильной последовательности сварки можно использовать подключенный к пигтейлу источник света (лазер). На одну сварку следует затрачивать не более 1 мин. Количество сварок, идущих в зачет, определяют до первой ошибочной сварки (сварка не того волокна, плохая сварка с большим затуханием).

184

6. Тренинг по установке и монтажу беспроводной локальной сети

6. Тренинг по установке и монтажу беспроводной локальной сети 6.1. Исходные данные Рабочее место: тренировочный стенд, рабочий стол. Оборудование: маршрутизатор с функцией Wi-Fi, IP-видеокамера, ноутбук. Материалы: кабель UTP Сat.5e (5 м), коннекторы RJ-45 (2 шт.). Инструмент: обжимной инструмент RJ-45, набор отверток, дрель (шуруповерт), рулетка, маркер (карандаш). 6.2. Постановка задачи (задание) При развертывании информационной сети организации может возникать ситуация, когда прокладка кабеля является неоптимальным решением (сеть устанавливают временно для проведения мероприятия, выполнения краткосрочных работ) или оказывается невозможной (по техническим соображениям, условиям законодательства). Кроме того, все больше число работников начинают пользоваться мобильными устройствами для получения информации (планшетами, смартфонами и пр.). В этом случае приходится устанавливать беспроводную сеть передачи данных, интегрированную с кабельной информационной сетью организации. В данном тренинге необходимо развернуть защищенную беспроводную сеть по стандарту IEEE 802.11n/ac, с использованием беспроводного маршрутизатора с функцией Wi-Fi, -Fi, Fi,, подключенного к сети организации. В качестве устройств, работающих в сети организации, используют IP-видеокамеру и ноутбук (рис. 30). Для этого необходимо решить следующие задачи: • исследовать загруженность радиочастотного диапазона окружающего пространства, определить наименее используемый канал; • сконфигурировать Wi-Fi-маршрутизатор для подключения беспроводных устройств, используя полученную при исследовании информацию; • сконфигурировать Wi-Fi-маршрутизатор для подключения сетевых устройств по проводной сети; • задокументировать выполненную работу. 185

Приложение

Wi-Fi Network

Рис. 30. Схема беспроводной сети

6.3. Методика проведения тренинга 1. Разместить ноутбук на рабочем столе. Включить функцию Wi-Fi. -Fi. Fi.. �апустить программное обеспечение для исследования радиочастотного диапазона, например SSID,, определить работающие в ближайшем окружении Wi-Fi точки, их мощность и канал работы. �анести данные в таблицу 6 (первая строка таблицы заполнена для образца). Таблица 6 Точка доступа (SSID) Flor1

Мощность сигнала –35 дБ

Канал

�ащита

Стандарт

6

WPA

802.11n

2. Разместить на рабочем столе Wi-Fi-маршрутизатор, -Fi-маршрутизатор, Fi-маршрутизатор, -маршрутизатор, подключить ноутбук к маршрутизатору согласно инструкции на устройство с помощью кабеля, входящего в комплект к маршрутизатору. 3. Провести конфигурацию беспроводной сети на маршрутизаторе: • назначить имя (SSID) беспроводной сети (например, номер комнаты); 186

6. Тренинг по установке и монтажу беспроводной локальной сети

• используя данные таблицы 6, выбрать наименее загруженный канал для работы сети; • установить уровень шифрования WPA или WPA2 2 и определить пароль доступа; • установить функцию распространения SSID. 4. Провести конфигурацию проводной сети на маршрутизаторе: • определить диапазон IP-адресов, адресов, раздаваемых маршрутизатором; • отключить функцию DHCP. 5. Выполнить настройку IP-видеокамеры. видеокамеры. Для этого подключить видеокамеру к ноутбуку, запустить на ноутбуке специализированное программное обеспечение (если оно не загрузится автоматически). Подключиться к видеокамере и получить видеоизображение на ноутбук. �афиксировать IP-адрес видеокамеры. Отключить функцию DHCP на видеокамере. 6. Отключить видеокамеру от ноутбука и закрепить ее на стене (месторасположение согласно дополнительному заданию исходя из возможностей стенда). 7. Расположить Wi-Fi-маршрутизатор (месторасположение согласно дополнительному заданию исходя из возможностей стенда). 8. Изготовить UTP-кабель кабель для соединения видеокамеры и Wi-Fi-маршрутизатора, подключить видеокамеру к Wi-Fiмаршрутизатору с помощью изготовленного кабеля в �AN порт 2. 9. Провести конфигурацию беспроводной сети на ноутбуке: • включить функцию Wi-Fi на ноутбуке; • установить в сетевых настройках беспроводного интерфейса ноутбука IP-адрес, адрес, соответствующий диапазону беспроводного маршрутизатора; • подключиться к беспроводному маршрутизатору по Wi-Fi, используя назначенные SSID и пароль доступа, определенные в пункте 3. 10. Подключиться по беспроводной сеть к видеокамере, получить на ноутбуке видеоизображение c IP-камеры. 11. �адокументировать выполненную работу, заполнив таблицу 7. 187

Приложение

Таблица 7 Параметры сети IP-адрес Маска подсети SSID Стандарт Канал Тип безопасности Пароль

Wi-Fi-маршрутизатор

IP-камера

Ноутбук

6.4. Тайминг На каждую операцию отводят определенное количество времени. На практике его нормируют по видам работ. При проведении международных соревнований WorldSkills время определяют исходя из конкретных условий: количества сетевых и оконечных устройств, количества соединительных кабелей для монтажа. С учетом опыта проведения международных соревнований можно определить усредненные затраты времени (табл. 8). Таблица 8 Вид работы Настройка сетевых устройств Монтаж и подключение устройств Документирование сети

Среднее время, мин 30 30 6

6.5. Замечания по проведению тренинга, на которые следует обратить особое внимание Перед выполнением задания необходимо проверить наличие всех материалов и комплектность сетевых устройств. Проверить установку настроек беспроводного маршрутизатора в состоянии «по умолчанию».

188

6. Тренинг по установке и монтажу беспроводной локальной сети

Инструменты для проведения тренинга Наименование Ящик для инструментов и материалов

Изображение

Плоскогубцы большие

Плоскогубцы удлиненные

Кусачки большие

Кусачки малые*

Ножницы для кевларовых нитей

Стриппер для волоконно-оптического кабеля

* Для оптических волокон.

189

Приложение

Продолжение таблицы Наименование Стриппер для оптических волокон

Стриппер для модулей оптических волокон

Устройство для очистки оптических коннекторов

Сварочный аппарат для оптического волокна

Дозатор жидкости

Нож монтажный

Очки защитные

190

Изображение

6. Тренинг по установке и монтажу беспроводной локальной сети

Продолжение таблицы Наименование Набор ключей шестигранных*

Изображение

Обжимное устройство RJ-45

Маркер

Салфетки безворсовые

Устройство ударное типов «110» и «Кrone»

Лента «велькро»

Набор отверток

* Для монтажа муфты.

191

Приложение

Окончание таблицы Наименование Перчатки

Рулетка

Тестер для кабеля «витая пара»

Источник света (лазер)

Дрель-шуруповерт

192

Изображение

ОГЛаВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ ..........................................................................................3 ГЛАВА 1. ИНФОРМАЦИОННАЯ СЕТЬ ОРГАНИ�АЦИИ..........................................................................................5 1.1. Принципы организации информационных сетей .............................5 1.2. Основные сведения о структурированных кабельных системах ....................................................................................26 ГЛАВА 2. ПРИМЕНЕНИЕ МЕДНЫХ КАБЕЛЕЙ В ИНФОРМАЦИОННЫХ КАБЕЛЬНЫХ СЕТЯХ ...............................36 2.1. Развитие кабельных систем сетей связи ............................................36 2.2. Применение коаксиального кабеля в информационных сетях...........................................................................38 2.3. Применение кабеля «витая пара» в информационных сетях...........................................................................42 ГЛАВА 3. ПРИМЕНЕНИЕ ВОЛОКОННООПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ В ИНФОРМАЦИОННЫХ КАБЕЛЬНЫХ СЕТЯХ ...............................................................................65 3.1. Принципы работы и основные параметры оптических волокон ....................................................................................65 3.2. Основные характеристики оптического волокна .............................73 3.3. Стандарты оптических волокон .........................................................81 3.4. Волоконно-оптические кабели ...........................................................88 193

Оглавление 3.5. Соединение и терминирование оптических волокон ......................96 3.6. Пассивное распределительное оптическое оборудование .............111 ГЛАВА 4. БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ИНФОРМАЦИОННЫХ КАБЕЛЬНЫХ СЕТЯХ ...............................123 4.1. Стандарты беспроводной связи .........................................................123 4.2. Принципы организации сети Wi-Fi .................................................126 4.3. Настройка точки доступа Wi-Fi и оборудования клиента............................................................................140 ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................149 ПРИЛОЖЕНИЕ .........................................................................................150 Методика проведения тренингов для подготовки участников республиканских и международных конкурсов профессионального мастерства по компетенции «Информационные кабельные сети» ..........................150 Предисловие ...........................................................................................150 Тренировочный стенд ...........................................................................151 1. Тренинг по прокладке и монтажу кабелей UTP Сat.5e, STP Сat.6a ...............................................................................................153 2. Тренинг по прокладке и монтажу 25-парного кабеля UTP Сat.3 ...................................................................................160 3. Тренинг по прокладке и монтажу волоконнооптического кабеля ...............................................................................164 4. Тренинг по устранению повреждения магистрального волоконно-оптического кабеля ................................................................... 174 5. Тренинг по сварке оптоволокна на время ......................................180 6. Тренинг по установке и монтажу беспроводной локальной сети .......................................................................................185 Инструменты для проведения тренинга .................................................189

194

220004, г. Минск, ул. К. Либкнехта, 32 Тел./факс (017) 226 41 00 www.ri�o.unibel.by

ЦеНТР УчеБНОй КНИГИ И СРеДСТВ ОБУчеНИя Республиканского института профессионального образования ОКАЗыВАеТ УСлУГИ 9 ฀ Реализация учебной литературы за наличный и безналичный расчет. 9 ฀ Организация экспертизы учебных изданий для присвоения грифа Министерства образования Республики Беларусь, Республиканского института профессионального образования. 9 ฀ Редакционно-издательская подготовка: редактирование научной и учебной литературы, верстка и дизайн. 9 ฀ Полиграфические услуги: книги, бланки, грамоты, дипломы, календари, буклеты, визитки и др. 9 ฀ Организация и проведение тематических выставок, выставокпродаж, обучающих семинаров для авторов учебной литературы.

ПРИГлАшАеМ К СОТРУДНИчеСТВУ АВТОРОВ УчеБНОй лИТеРАТУРы Для УчАщИхСя УчРежДеНИй ПТО И ССО Тел. (8017) 200 62 23, 226 43 89.

Учебное издание

Ходасевич Олег Реональдович

информационные кабельные сети Учебно-методическое пособие

Редактор Е.Л. Мельникова Технический редактор Е.В. Потапейко Корректор И.В. Счеснюк Дизайн обложки С.Л. Прокопцовой

Подписано в печать 07.03.2019. Формат 60×84/16. Бумага офсетная. Цифровая печать. Усл. печ. л. 11,43. Уч.-изд. л. 9,42. Тираж 350 экз. �аказ Республиканский институт профессионального образования. Свидетельство о государственной регистрации издателя, изготовителя, распространителя печатных изданий № 1/245 от 27.03.2014. Ул. К. Либкнехта, 32, 220004, Минск. Тел.: 226 41 00, 200 43 88. Отпечатано в РУП «Информационно-вычислительный центр Министерства финансов Республики Беларусь». Свидетельство о государственной регистрации издателя, изготовителя, распространителя печатных изданий № 2/41 от 29.01.2014. Ул. Кальварийская, 17, 220004, Минск. Тел. 294 77 12.