CC BY
71
Андрей Игоревич Зиненко Andrey I. Zinenko
магистрант, Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области «Технологический университет имени дважды Героя Советского Союза, летчика-космонавта А.А. Леонова», Королев, Россия
Наиль Анварович Каримов Nail A. Karimov
магистрант, Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области «Технологический университет имени дважды Героя Советского Союза, летчика-космонавта А.А. Леонова», Королев, Россия
УДК 004.733 DOI: 10.17122/1999-5458-2022-18-2-121-127
АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРУКТУРИРОВАННЫХ КАБЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Актуальность
В статье авторы проводят анализ способов проектирования структурированных кабельных систем (СКС), раскрывая как само понятие структурированных кабельных систем, так и способы их проектирования. Данный труд строится, прежде всего, на анализе способов проектирования, обобщая применимые в современности способы, авторы выделили три способа: «Ажио», «Умеренной скаредности» и «Calcolo esatto».
При анализе способов проектирования структурированных кабельных систем стояла задача формализации существующих методов проектирования СКС, их принципов и возможности применения в разных условиях.
Цель исследования
Провести сравнительный анализ существующих способов проектирования СКС при общих заданных условиях, выбрать оптимальный для конкретного случая способ.
Методы исследования
Для решения поставленной задачи авторы провели сравнительный анализ популярных, ныне существующих способов проектирования структурированных кабельных систем, сравнивая их применимость со спецификацией среды передачи данных.
Результаты
В ходе исследования были проанализированы текущие способы проектирования структурированных кабельных систем, проведён сравнительный анализ, изучена специфика передачи данных по имеющимся стандартам, сделаны выводы о применимости каждого из способов.
Ключевые слова: структурированная кабельная система, топология, методы, анализ, исходные данные, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, масштабируемость, пропускная способность, технологии
Data PROCESSiNG FACiUTiES AND SYSTEMS
ANALYSIS OF METHODS FOR DESIGNING STRUCTURED
CABLE SYSTEMS
Relevance
In the article, the authors analyze the ways of designing structured cable systems, revealing both the very concept of structured cable systems and the methods of their design. This work is based primarily on the analysis of design methods, generalizing the methods applicable in modern times, the authors identified three methods: «Agio», «Moderate stinginess» and «Calcolo esatto».
When analyzing methods for designing structured cable systems, the task was to formalize the existing methods for designing SCN, their principles and the possibility of application in different conditions.
Aim of research
Carry out a comparative analysis of existing methods for designing SCN, under general given conditions, to choose the best method for a particular case.
Research methods
To solve the problem, the authors conducted a comparative analysis of the popular, currently existing methods for designing structured cable systems, comparing their applicability with the specification of the data transmission medium.
Results
In the course of the study, the current methods of designing structured cable systems were analyzed, a comparative analysis was carried out, the specifics of data transmission according to existing standards were studied, and conclusions were drawn about the applicability of each of the methods.
Keywords: structured cable system, topology, methods, analysis, initial data, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, scalability, throughput, technologies
Структурированные кабельные системы (СКС) в настоящий момент времени являются неотъемлемой частью любой сети, вне зависимости проводная или беспроводная связь необходима. СКС представляют собой коммуникационную систему, объединяющую компьютеры и периферийное оборудование на ограниченной территории. Прежде всего, СКС необходимы для физического соединения компонентов сети, соединения могут быть представлены несколькими видами, а сама сеть многоуровневая, но задача всегда одна — обеспечение работы сети и всех подключенных устройств.
При проектировании СКС огромное, если не решающее значение имеет выбор технологии, по которой будет построена СКС. На данный момент существует две, достаточно распространённые технологии — это Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. При проектировании сети стоит уделить
огромное значение определению её максимальных возможностей. Но вместе с этим также важно соблюсти баланс, при котором сеть будет удовлетворять следующим условиям:
— удовлетворять потребностям пользователей сети;
— иметь запас по пропускной способности;
— быть способной к масштабируемости.
Исходя из принципов построения сети, стоит сделать вывод о том, что сеть должна совмещать в себе эти условия.
Анализируя способы проектирования СКС, можно выделить следующие из них:
— способ «Ажио» считается наиболее распространённым;
— способ «Умеренной скаредности» обычно применяется в проектах с ограниченными временными и другими ресурсами;
— последний способ «Calcolo esatto» (итал.) совмещает предыдущие способы, однако не превосходит их [1].
Основываясь на сущности перечисленных способов построения сети, стоит начать с последнего. Сalcolo esatto был разработан итальянскими специалистами в области проектирования и наладки проводных сетей. Данный метод хорошо зарекомендовал себя в статичных условиях, когда количество пользователей сети постоянно, исходя из условий Технического Задания, и не предполагает изменений. Сеть проектируется под эти нужды и не имеет возможности к расширению.
Вторым способом «Умеренная скаредность» часто пренебрегают крупные компании, так как сети, проектируемые по такому способу, на точках соединения устройств имеют избыточность по пропускной способности, однако окупают её при изменении количества пользователей, например при расширении сети за счёт беспроводных точек доступа.
Последним же способом из рассматриваемых и наиболее оптимальным, по мнению автора, является «Ажио» — сети, построенные по этому способу, изначально проектируются под требуемые задачи, готовы к увеличению нагрузки [1].
Возвращаясь к выбору технологии передачи данных, стоит принимать во внимание не только технологию как таковую, но и способ передачи данных. Чтобы выбрать способ передачи данных, нужно обратиться к исходным данным, так как, не принимая во внимание особенности «ландшафта», можно сделать неверное предположение о использовании той или иной технологии. Применительно к текущим условиям проектирования стоит провести анализ доступности различных способов передачи данных. При выборе из числа проводящих элементов, которые способны работать с вышеописанными технологиями, необходимо, чтобы они
также удовлетворяли требованиям обеспечения потребностей пользователей, запаса пропускной способности, а также возможности масштабирования сети.
Немаловажным также считается удобство обслуживания сети. Хотя будет рассматриваться исключительно удобство с механической точки зрения, но не стоит также забывать и о удобстве наладки в плане настройки программными методами, хотя в большинстве случаев они схожи.
На данный момент наиболее массовыми способами передачи информации считаются два способа:
— проводной;
— беспроводной.
Для демонстрации эффективности выбранного метода следует протестировать её теоретически, в условиях, приближенных к реальным [2].
Предлагаемое для испытаний условие — это замкнутое помещение с большим количеством участников сети, что требует больше информации для определения наиболее оптимального способа соединения, но есть одно условие — все участники сети стационарны. При большом количестве беспроводных точек доступа существенно понижается безопасность сети. В концепции текущих рассматриваемых условий беспроводная связь не будет использоваться, однако запас по устройствам предусмотрен. Применительно к исследуемому объекту обязателен высокий уровень безопасности, ввиду чего рассмотрение беспроводной сети недопустимо, и, как уже было сказано, устройства в сети статичны и, как следствие, выбор однозначно в пользу проводного решения.
Несколько иная ситуация происходит при использовании технологии Gigabit Ethernet. Первое применение данный технологии состоялось в 1999 г. для построения проводных локальных сетей, в связи с чем был ознаменован плавный конец
-123
Data PROCESSiNG FACILITIES AND SYSTEMS
Fast Ethernet. Переход на новый стандарт позволил не только увеличить скорость передачи в десять раз, но и использовать предыдущее оборудование, правда только в совместимом режиме с ограничением скорости до максимальной по стандарту Fast Ethernet.
Если рассматривать стандарт Gigabit Ethernet за пределами контекстной задачи, то можно подчеркнуть, что максимальную дальность передачи данных на предельной скорости удалось поднять с 10 до 70 км. Естественно, подобные скорости на таких расстояниях станут доступны лишь при использовании многожильной оптоволоконной линии, которая в данном проекте не будет использоваться по причине нецелесообразности и дороговизны. Возвращаясь к текущим условиям построения СКС, следует указать максимальные характеристики, которые может обеспечить технология Gigabit Ethernet применительно к использованию многожильного медного кабеля — 1000 Мбит/с или 125 Мбайт/с, на расстоянии до 100 м [3].
Наглядно рассмотреть зависимость скорости передачи данных на примере 100-Base-TX можно на рисунке 1. Этот рисунок позволяет определить, что фактор расстояния в современных реалиях большинства проектов наименее значим в виду большого количество дублирующих сигналов устройств, и, соответственно, внимание стоит уделить скорости обмена данными в сети.
Отдельно следует сказать о том, на каких стандартах достигаются такие возможности. Стандартов, удовлетворяющих поставленному заданию, существуют два: IEEE 802.3ab и TIA 854:
IEEE 802.3ab разработан в 1999 г., более известен как 1000BASE-T, максимальная дальность передачи 100 м, максимальная скорость передачи на предельное расстояние — 1000 Мбит/с, необходимый тип кабеля UTP/STP, категории витой пары cat5, 5е, 6 и 7.
TIA 854 разработан в 2001 г., более известный как 1000BASE-TX, протяженность соединения, обеспечивающая
Рисунок 1. График зависимости скорости передачи данных от технологии передачи
при фиксированном параметре
Figure 1. Graph of the dependence of the data transfer rate on the transfer technology
with a fixed parameter
регламентируемую скорость 1000 Мбит/с на протяжении 100 м, требования к витой паре выше, UTP/STP cat 6, 7 [4].
Так как СКС разрабатывается с нуля, то не возникает ситуация, при которой в существующей и подключенной сети имеется ограничение на выбор стандарта передачи данных, исходя из уже проложенных соединений. Более предметно можно ознакомиться с обозреваемыми технологиями по таблице 1.
Прежде чем определиться со стандартом передачи данных, следует рассмотреть доступные для использования кабели связи, а именно витая пара. Как уже было сказано ранее, от оптоволокна было решено отказаться ввиду сложности монтажа, избыточных скоростных характеристик, стоимости, и, как следствие, необоснованности использования в актуальном проекте. Возвращаясь к выбору кабелей, предпочтение стоит отдавать проводникам, которые имеют наилучшее соотношение цена / качество, удобство монтажа, а лучше всего — совокупность этих факторов. В настоящее время к категории устаревших относятся категории кабелей: 1, 2, 3, 4. 5, а также 5е, которые
Таблица 1. Стандарты передачи данных
обеспечивают скорость передачи до 100 Мбит/с, а также категорий: 7a, 8/8.1 и 8.2 ввиду их цены, а также ориентирования на совершенно другие скорости (40 Гбит/с и выше), остаётся выбор между 6, 6а и 7 категориями витых пар, каждая из которых, описана ниже.
Cat. 6 — применима для сетей, построенных на базе технологий Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, согласно стандартам способна выдать скорость передачи данных до 1000 Мбит/с на протяженности до 55 м. Соответствует стандартам 10GBASE-T(1000BASE-T) Ethernet.
Cat. 6a — нашла своё применение в сетях основанных на Gigabit Ethernet, 4 пары проводников. Предельно допустимая скорость передачи в 10 Гбит/с ограниченна дальностью в 200 м. Особо стоит отметить, что кабели этой категории обычно соответствуют классификации F/UTP либо U/FTP.
Cat. 7 — кабели данной категории сертифицированы только международным стандартом ISO 11801, и их внутреннее устройство соответствует классификации F/FTP или S/FTP [4].
Сетевые приложения: 10Base-T 100Base-TX 1000BASE-T 10GBase-T
- скорость передачи данных, Мбит/с; 10 100 1 000 10 000
- принятие стандарта приложения 1991 г. 1996 г. 2000 г. 2006 г.
Категория СКС: Кат. 3 Кат. 5 Кат. 5е Кат. 6а
- макс. частота, Мгц; 16 100 100 500
- принятие стандарта СКС; 1985 г. 1992 г. 1999 г. 2007 г.
- рекомендована стандартами как минимально допустимая 1990 г. 1995 г. 1999-2002 гг. 2010-2014 гг.
Срок службы СКС: Кат. 3 Кат. 5 Кат. 5е Кат. 6а
- завершение выпуска; 1997 г. 2000 г. - -
- время производства; 12 лет 8 лет по наст. время по наст. время
- находится в эксплуатации - - 15 лет 7 лет
Table 1. Communication standards
Data processing facilities and systems
Проведя сравнительный анализ представленных проводников, можно сразу исключить два из них: кабели 6а и 7 категорий. Причина в их избыточности для данного проекта.
Таким образом, остаются два стандарта кабелей: 5е и 6. По совокупности таких качеств, как удобство монтажа, общий уровень внутренних помех в здании, а также соотношение цены к требуемым параметрам. Исходя из этого, наиболее оптимальным решением для использования в здании администрации города можно считать витую пару 5е категории.
Исходя из описанных выше способов проектирования СКС, наиболее эффективным можно считать способ «Ажио»,
Список источников
1. Васильков А.В., Васильков А.А., Васильков И.А. Информационные системы и их безопасность: учеб. пособие. М.: Форум, 2017. 528 с.
2. Горбенко А.О. Информационные системы в экономике. М.: БИНОМ ЛЗ, 2016. 292 с.
3. Гришин А.В. Промышленные информационные системы и сети: практ. руководство. М.: Радио и связь, 2016. 176 с.
4. Золотова Е.В. Основы кадастра: Территориальные информационные системы: учеб. для вузов. М.: Фонд «Мир», Акад. Проект, 2016. 416 с.
5. Исаев Г.Н. Информационные системы в экономике. М.: Омега-Л, 2017. 462 с.
6. The Cabletron Systems Guide to Local Area Networking. Cabletron Systems Ltd, 2016. 600 p.
7. Информационные технологии и вычислительные системы: Высокопроизводительные вычислительные системы. Математическое моделирование. Методы обработки информации / Под ред. С.В. Емельянова. М.: Ленанд, 2018. 100 с.
8. Олифер В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Л.: Луч, 2015. 220 с.
9. Курочкин М.В. Основы проектирования СКС. М.: Красный свет, 2016. 95 с.
так как он не избыточен как «Calcolo esatto» и не столь требователен как способ «Умеренной скаредности».
Выводы
Исходя из описанных выше способов проектирования структурированных кабельных систем, наиболее эффективным можно считать способ «Ажиро», так как он не избыточен как «Calcolo esatto» и не столь требователен как способ «Умеренной скаредности».
Результаты, полученные в ходе работы над статьёй, позволяют на основе изученных способов определить оптимальный подход для организации сети в реалиях индивидуальной задачи.
10. Семёнов А.Б. Структурированные кабельные системы. Л.: Лунный свет, 2017. 112 с.
11. Бурдашев М.И. Прокладка кабелей как искусство. Л.: Лунный свет, 2015. 75 с.
12. Дудкин Г.И. Как не запутаться в стандартах IEEE. М.: Красный свет, 2016. 121 с.
13. Сапожков М.Д. Тонкости выбора витой пары. Новосибирск: Пилигрим, 2012. 215 с.
14. Семёнов А.Б. Проектирование и расчет структурированных кабельных систем и их компонентов. Киров: Первый свет, 2017. 150 с.
15. Косарев В.П. Компьютерные системы и сети: учеб.е пособие. М.: Финансы и статистика, 2018. 462 с.
16. Кравчук Г.К. Аппаратные средства локальных сетей: энциклопедия. Петрозаводск: Юрайт, 2017. 210 с.
17. Семенов А.Б. Волоконно-оптические подсистемы современных СКС. М.: Аспект-Пресс, 2019. 632 с.
References
1. Vasil'kov A.V., Vasil'kov A.A., Vasil'-kov I.A. Informatsionnye sistemy i ikh bezo-pasnost': uchebnoe posobie [Information Systems and Their Security: Study Guide.] Moscow, Forum Publ., 2017. 528 p. [in Russian].
2. Gorbenko A.O. Informatsionnye sistemy v ekonomike [Information Systems in the Economics] Moscow, BINOM LZ Publ., 2016. 292 p. [in Russian].
3. Grishin A.V. Promyshlennye informatsionnye sistemy i seti: prakticheskoe ruko-vodstvo [Industrial Information Systems and Networks: a Practical Guide]. Moscow, Radio i svyaz' Publ., 2016. 176 p. [in Russian].
4. Zolotova E.V. Osnovy kadastra: Terri-torial'nye informatsionnye sistemy: uchebnik dlya vuzov [Fundamentals of the Cadastre: Territorial Information Systems: Textbook for Universities]. Moscow, Fond «Mir», Akad. Proekt, 2016. 416 p. [in Russian].
5. Isaev G.N. Informatsionnye sistemy v ekonomike: uchebnik dlya studentov vuzov [Information Systems in the Economics]. Moscow, Omega-L Publ., 2017. 462 p. [in Russian].
6. The Cabletron Systems Guide to Local Area Networking. Cabletron Systems Ltd, 2016. 600 p.
7. Informatsionnye tekhnologii i vychis-litel'nye sistemy: Vysokoproizvoditel'nye vychis-litel'nye sistemy. Matematicheskoe modeli-rovanie. Metody obrabotki informatsii [Information Technology and Computing Systems: High Performance Computing Systems. Mathematical Modeling. Methods of Information Processing]. Ed. by S.V. Emel'yanov. Moscow, Lenand Publ., 2018. 100 p. [in Russian].
8. Olifer V.G. Komp'yuternye seti. Prin-tsipy, tekhnologii, protokoly [Computer Networks. Principles, Technologies, Protocols]. Leningrad, Luch Publ., 2015. 220 p. [in Russian].
9. Kurochkin M.V. Osnovy proektirovaniya SKS [Fundamentals of SCS Design]. Moscow, Krasnyi svet Publ., 2016. 95 p. [in Russian].
10. Semenov A.B. Strukturirovannye kabel'nye sistemymy [Structured Cabling Systems]. Leningrad, Lunnyi svet Publ., 2017. 112 p. [in Russian].
11. Burdashev M.I. Prokladka kabelei kak iskusstvo [Cable Laying as an Art]. Leningrad, Lunnyi svet Publ., 2015. 75 p. [in Russian].
12. Dudkin G.I. Kak ne zaputat'sya v standartakh IEEE [How Not to Get Confused in the IEEE Standards]. Moscow, Krasnyi svet Publ., 2016. 121 p. [in Russian].
13. Sapozhkov M.D. Tonkosti vybora vitoi pary [The Subtleties of Choosing a Twisted Pair]. Novosibirsk, Piligrim Publ., 2012. 215 p. [in Russian].
14. Semenov A.B. Proektirovanie i raschet strukturirovannykh kabel'nykh sistem i ikh komponentov [Design and Calculation of Structured Cabling Systems and Their Components]. Kirov, Pervyi svet Publ., 2017. 150 p. [in Russian].
15. Kosarev V.P. Komp'yuternye sistemy i seti: uchebnoeposobie [Computer Systems and Networks: Textbook]. Moscow, Finansy i statistika Publ., 2018. 462 p. [in Russian].
16. Kravchuk G.K. Apparatnye sredstva lokal'nykh setei: entsiklopediya [Local Area Network Hardware: An Encyclopedia]. Petrozavodsk, Yurait Publ., 2017. 210 p. [in Russian].
17. Semenov A.B. Volokonno-opticheskie podsistemy sovremennykh SKS [Fiber-Optic Subsystems of Modern SCS.] Moscow, AspektPress Publ., 2019. 632 p. [in Russian].
