От качества работы телекоммуникационной среды зависит эффективность управления технологическими и бизнес-процессами предприятия, его конкурентоспособность.
Сегодня используются многофункциональные кабельные сети, поддерживающие работу нескольких информационных сервисов одновременно. Это технические средства охраны, видеонаблюдение, пожарная автоматика и пожаротушение, локальные вычислительные сети и т. д. Такая кабельная инфраструктура называется структурированной кабельной системой (СКС).
Для организации СКС применяется различное телекоммуникационное оборудование, которое отличается по предназначению, функциональным свойствам, техническим характеристикам и цене. Предлагаемый материал поможет инженерам связи и ИТ-специалистам в подборе продукции, оптимальной для решения стоящих перед ними задач.
Время чтения: 22 минуты
Особенности телеком-связи
Любая телекоммуникационная система включает инфраструктуру, которая состоит из каналов связи, каналообразующей аппаратуры, средств коммутации и оконечных устройств.
В современных коммуникациях используются следующие виды каналов:
- радиоканалы, в которых полезная информация передаётся в виде высокочастотных электромагнитных волн;
- проводные линии, где сигнал сообщения представляет собой ток и напряжение низкой частоты;
- оптические линии, в которых распространяются электромагнитные колебания инфракрасной части оптического спектра.
Для оптической связи соединение оборудования происходит с помощью оптоволоконного кабеля или открытый атмосферный оптический канал. Сегодняшняя публикация посвящена проводным и оптоволоконным средствам.
Независимо от вида применяемого канала связи, к инфраструктуре промышленных и корпоративных коммуникаций предъявляются одинаковые требования. Критерий, применяемый для оценки качества телекоммуникаций, — это обеспечение заданных видов обмена информацией с требуемой скоростью, достоверностью и надёжностью.
Назначение и классификация пассивного сетевого оборудования
Этот вид устройств предназначен для непосредственной передачи сигналов без изменения их мощностных и спектральных характеристик.
Такие аппараты не потребляют электроэнергию. В этом заключается основное различие пассивного и активного оборудования.
Пассивные компоненты делят на две группы:
- изделия, применяемые для прокладки электрического кабеля или оптоволоконной линии связи (коммутационные шкафы и стойки, кабель-каналы, коммутационные панели, металлические лотки, гофрированные трубы, органайзеры);
- продукция, образующая канал передачи (сетевые кабели и разъёмы, розетки, коннекторы, патчкорды, кабельные муфты, коммутационные панели и другая кабельная фурнитура).
Качество пассивных элементов непосредственно влияет на стабильность характеристик, надёжность и стоимость СКС.
Например, применение электрического или волоконно-оптического кабеля с минимальным погонным затуханием позволяет увеличить дальность связи между активными компонентами линии связи без применения дополнительного усилительного оборудования или аппаратуры регенерации сигналов. Это относится и к любым типам коннекторов, кабельных муфт и патчкордов, затухание сигнала в которых должно быть минимально возможным.
Соблюдение этих требований позволит снизить требования к мощности передатчиков и чувствительности приёмников активного оборудования.
Так можно обеспечить увеличение надёжности, упрощение и удешевление телекоммуникационной инфраструктуры.
Назначение и классификация активного сетевого оборудования
В отличие от пассивных элементов СКС, активные устройства предназначены выполнения преобразования одного вида сигнала в другой. Основные характеристики таких сигналов специфицированы в стандарте IEEE 802.3.
Активные элементы управляют трафиком и обеспечивают его шифрацию (дешифрацию). В отличие от пассивного оборудования, активное потребляет электроэнергию.
Например, медиаконвертеры Ethernet преобразуют входной оптический сигнал в выходное напряжение, поступающее на приёмную часть абонентской аппаратуры через порт 10/100 Мбит/с. Также конвертеры выполняют обратное преобразование для передаваемого абонентским оборудованием сигнала, трансформируя его в оптическое излучение.
Кроме медиаконвертеров, к активным устройствам относятся шлюзы, коммутаторы и маршрутизаторы.
Коммутаторы
Коммутатор служит для организации коммуникаций между узлами. При получении пакета данных от одного узла устройство определяет МАС-адрес получателя и передаёт его через порт, указанный в таблице коммутации. Если этот адрес не привязан ни к одному порту, пакет отправляется на все порты, за исключением того, с которого он был принят.
Описанный выше алгоритм работы переключателя исключает потерю информации при передаче. Так работают приборы на уровне передачи данных. Это второй уровень в модели OSI (Open Systems Interconnection model — модель магазина сетевых протоколов).
Существуют аппараты, которые могут использовать третий уровень OSI, т. е. они реализуют маршрутизацию трафика.
Коммутаторы принято классифицировать по нескольким отличительным признакам:
- По сетевому уровню различают устройства 2, 3 уровней или многоуровневые коммутаторы.
- По скорости работы. Серия Fast Ethernet обеспечивает скорость до 100 Мбит/с. Изделия класса Gigabit Ethernet обеспечивают обмен данными до 1Гб/с. Существуют приборы, работающие в диапазоне скоростей от 10 до 100 1Гб/с.
- По организации управления выделяют неуправляемые, управляемые и интеллектуальные средства переключения. Чаще всего применяется управление состоянием и режимами работы портов, программирование пропускной способности, настройка пороговых параметров для оценки качества обслуживания, задание критериев контроля доступа, активация средств анализа трафика и мониторинга аппаратуры связи.
- По способу размещения бывают аппараты настольного типа или коммутаторы для монтажа в стандартную стойку 19 дюймов.
Для организации мониторинга применяется протокол SNMP (Simple Network Management Protocol — простой протокол управления сетью).
Сетевые переключатели применяются для решения следующих типовых задач:
- создание локальных офисных вычислительных систем;
- организации видеонаблюдения;
- для сбора информации с датчиков и её передачи на диспетчерские пульты в промышленных системах управления технологическими процессами.
Важная эксплуатационная характеристика любой коммутационной техники — это количество поддерживаемых магистральных и абонентских портов.
Число портов непосредственно влияет на топологию системы связи, которая может быть реализована на основе конкретного прибора. Например, для организации связи по схеме «точка-точка» или по кольцевой топологии достаточно двух или четырёх портов. Конкретное количество определяется числом имеющихся в распоряжении проектировщика оптических волокон или кабелей Ethernet.
Если структура связи строится с использованием топологии «звезда», то чем больше магистральных портов поддерживается оборудованием, тем больше узлов может входить в состав такой сети.
Маршрутизаторы
Маршрутизатор (роутер) используется для передачи трафика между разными сетевыми сегментами. Он обеспечивает безопасность обмена сообщениями в локальных сетях.
Типичным примером такого прибора служит Wi-Fi-роутер, с помощью которого происходит обмен данными между устройствами проводной и беспроводной связи.
По назначению маршрутизаторы делят на следующие группы:
- Бытовые аппараты, поддерживающие работу нескольких периферийных устройств.
- Индустриальные приборы, которые обеспечивают большую производительность и имеют разветвлённую систему управления и контроля.
- Изделия операторского класса, рассчитанные на маршрутизацию больших объёмов трафика (например, предназначенные для интернет-провайдеров).
- Программные продукты, использующие виртуальные платформы. Они служат для поддержки облачных инфраструктур.
Благодаря технологии PoE (Power over Ethernet-питание через Ethernet), активные приборы способны передавать электропитание для других элементов системы связи через СКС.
Аппаратура с поддержкой PoE обеспечивает:
- централизованную подачу питания на внешнее оборудование и обмен трафиком по одному и тому же кабелю;
- защиту оконечной аппаратуры от отключения местного питания;
- управление параметрами электропитания отдельных устройств путём удалённого администрирования;
- простоту и дешевизну монтажа удалённой аппаратуры в местах, где доступ к промышленной сети невозможен или затруднён.
Межсетевой экран (файрвол) может быть аппаратным или программным продуктом. Он предназначен для защиты связи от несанкционированного доступа.
Аппаратные решения не нагружают вычислительные ресурсы и обеспечивают одинаково высокую производительность независимо от объёма трафика. Они наиболее эффективны в корпоративных системах связи, поскольку полностью защищают все сетевые элементы. Их основной недостаток — невозможность гибкой настройки. Пример такого устройства — Huawei eKit eKitEngine S380-L4P1T 8012178.
Программные решения свободны от этого недостатка, но они создают дополнительную нагрузку на систему связи.
Сравнение образцов активного оборудования
Коммутаторы
На примере двух моделей производителя СТЭЗ, принадлежащих одному ценовому сегменту, рассмотрим особенности устройств этого класса. Они относятся к изделиям операторского уровня. Основное предназначение таких коммутаторов — организация высокоскоростных систем передачи данных по волоконно-оптическим сетям, организованным по кольцевой топологии.
Одинаковыми для обоих устройств являются следующие параметры:
- малое время восстановления связи в сети, организованной по схеме «кольцо» (не более 50 мс);
- объём динамической оперативной памяти DRAM (512 Мб);
- поддерживаемые протоколы управления, настройки и конфигурирования (CLI, Telnet, SSH v1/2, HTTP, HTTPS, SNMP v1/v2/v3, RMON, TFTP, FTP, SFTP, NTP, SPAN, RSPAN);
- работа с легко заменяемыми оптическими модулями;
- среднее время работы между сбоями в работе (более 200000 часов);
- способ монтажа (в стойку 19 дюймов);
- габаритные размеры (440x310x44);
- срок гарантии (1 год);
- класс защиты от внешних воздействий (IP40) свидетельствует о том, что рассматриваемые изделия могут использоваться в качестве промышленного сетевого оборудования.
Отличающиеся эксплуатационные характеристики рассматриваемых моделей сведены в следующую таблицу.
| Параметр | STEZ6548G-6X-POE* | STEZ6624G-6X*** |
| Количество портов для подключения оптических модулей SFP**** (скорость передачи) | 6 (10 Гб/c) | 6 (10 Гб/c) |
| Количество проводных портов RJ45 (скорость передачи) | 48**(1 Гб/c) | 24 (1 Гб/c) |
| Потребляемая мощность от источника | 36–72В 800 | нет |
| Потребляемая мощность от источника 100–240В | 450 | 70 |
| Суммарная мощность POE по постоянному (переменному) току, Вт | 740 (370) | нет |
| Цена, руб. | 427250 | 496210 |
Примечание:
*Коммутатор 3 уровня серии lite.
**Порты с функцией POE.
***Обеспечивается возможность установки двух источников питания и их горячая замена.
****SFP (Small Form-factor Pluggable-модуль малого форм-фактора). Оптический приёмо-передающий модуль, включаемый в соответствующий порт активного оборудования.
Из представленной таблицы следует, что кроме разницы в количестве портов, изделие STEZ6548G-6X-POE отличается возможностью организации питания оконечных устройств от коммутатора. Также этот прибор способен работать от двух источников питания с разными выходными напряжениями.
Аппарат STEZ6624G-6X обеспечивает двойное резервирование источников питания, что повышает его надёжность. Выходные характеристики этих источников одинаковы.
Рассмотренные изделия могут использоваться как оборудование для корпоративной сети.
Wi-Fi маршрутизаторы
В качестве примера возьмём две модели маршрутизаторов от разных производителей, принадлежащих одному ценовому сегменту. Их основные технические характеристики приведены в следующей таблице.
| Параметр | Wavlink DX ax1800 | USR G806w |
| Радиоинтерфейс | ||
| Поддерживаемые стандарты | IEEE 802.11 b/g/n/a/ac/a | IEEE 802.11 b/g/n 2,4 ГГц AP/STA/ Relay |
| Скорость передачи данных, Мбит/с | 1775 | 150 |
| Вид модуляции | 1024-QAM | - |
| Шифрование | Открытое WPA2-PSK WPA2/WPA3-PSK MIX | WPA/WPA2 PSK TKIP/AES |
| Время задержки, мс | 18 | 40 |
| Количество антенн | 4 | 2 Wi-FI, 1LTE |
| Коэффициент усиления, дБи | 5 | - |
| Прочие характеристики | ||
| Проводные интерфейсы | 1x10/100/1000 Мбит/с WAN 4x10/100/1000 Мбит/с LAN USB 3.0 | 1x10/100 Мбит/с WAN/LAN 2x10/100 Мбит/с LAN |
| Протоколы WAN | PPPoE, DHCP сервер и клиент | PPP, PPPoE, DHCP клиент |
| Габариты, мм | 200x200x30 | 104x102x28 |
| Вес, кг | 0.5 | 0.5 |
| Цена, руб. | 12754 | 10856 |
Сопоставление данных позволяет сделать вывод, что сравниваемые устройства незначительно отличаются в цене, но имеют существенные отличия по большинству технических параметров, кроме веса. Особенности изделия Wavlink DX ax1800:
- большая скорость обмена данными через радиоинтерфейс и через сети WAN/LAN;
- малое время задержки;
- меньшее число поддерживаемых стандартов радиосвязи;
- работа по протоколу DHCP сервер и клиент.
Особенности продукта USR G806w:
- работа по стандарту мобильной связи LTE с применением сим-карт Nano 4FF;
- большее число поддерживаемых протоколов шифрования;
- максимальная скорость передачи данных в сетях WAN/LAN меньше, чем для изделия Wavlink DX ax1800;
- отсутствие интерфейса USB.
Оба роутера питаются от промышленной сети 220В через сетевые адаптеры.
Оборудование для обслуживания сетей
Перед сдачей волоконно-оптической линии в эксплуатацию составляется её паспорт.
Этот документ содержит следующие сведения:
- Монтажную схему волоконно-оптической линии связи.
- Схему распределения волокон на оптических кроссах.
- Технические характеристики оптического кабеля.
- Протокол измерения затухания в оптическом кабеле после прокладки.
- Протокол монтажа оптических кроссов на концах волоконно-оптической линии связи.
- Рефлектограммы всех волокон оптического кабеля для длин волн 1310 и 1550 нм. Выбор таких длин волн связан с наличием в оптоволокне «окон прозрачности». Это участки спектра, в пределах которых затухание сигналов минимально.
Пример рефлектограмм исправной линии связи для разных длин волн приведён на следующих рисунках.
Для измерения параметров сети на основе оптоволокна необходим оптический рефлектометр.
Кроме уже описанных операций, выполняемых при обслуживании телекоммуникационных сетей, сетевым инженерам часто приходится заниматься приведением в порядок таких элементов сети, как оптические порты медиаконверторов, коммутаторов и оптические патчкорды.
Для проведения таких работ достаточно применить салфетки для чистки оптических соединителей, которые многие производители включают в комплект поставки аппаратуры.
Обслуживанию подлежат различные кабельные коннекторы. В случае обнаружения дефектных проводных патчкородов необходимо их заменить или заново обжать имеющиеся. Для этого понадобятся инструменты для зачистки, резки и обжимки. Наиболее востребованы кримперы для обжимки соединителей RG-45.
Обслуживание коаксиальных соединителей сводится к удалению частичек металлической стружки с диэлектрических поверхностей разъёмов.
Она образуется в результате износа контактов коннектора при многократных соединениях-разъединениях. Для чистки понадобится немного спирта и маленькая кисточка. Если чистка не помогает, коннекторы необходимо заменить на новые. Для этого потребуются монтажные инструменты и паяльное оборудование. Аналогичный инструментарий применяется для монтажа сетей.
Специалистам по эксплуатации сетей приходится изобретать нестандартные способы решения стоящих перед ними задач. Приведу пример из собственной практики.
Опыт эксплуатации медиаконверторов показывает, что при длительной круглосуточной эксплуатации возрастает количество ошибок, вносимых этой аппаратурой в передаваемый сигнал.
Для выявления неисправных медиаконверторов была разработана методика их диагностирования. Испытываемое и заведомо исправное устройство соединялись оптоволоконной линией длиной 10 км. Тестируемое устройство подключалось к сети Интернет, а заведомо исправное соединялось с портом ноутбука стандартным сетевым кабелем с разъёмами RG-45.
В тестировании использовались длинные пакеты размеров в 1000 байт. Это сделано потому, что применение пакетов стандартной длины в 32 байта может выполняться без ошибок, а длинные комбинации передаются с ошибками. Такая ситуация часто встречается в случае беспроводных соединений при низком уровне сигнала в условиях интенсивных помех.
Диагностика запускалась командой: ping-n3000-l1000yandex.ru, что означает повторить пингование сервера yandex 3000 раз с использованием пакетов длиной 1000 байт.
После окончания испытаний на экране компьютера высвечивалась таблица с итогами проверки. Тестируемое устройство считалось исправным, если количество правильно принятых пакетов составляло не менее 98% от общего числа переданных пакетов.
В ближайшем будущем прогнозируется развитие телекоммуникационной инфраструктуры с учётом следующих тенденций:
- обеспечение модульности и масштабируемости;
- оптимизации с учётом внедрения искусственного интеллекта;
- запуска в эксплуатацию сетей шестого поколения и развития интернета вещей;
- стиранием границ между сетевыми и вычислительными ресурсами;
- интеграцией средств кибербезопасности с аппаратным обеспечением серверных ресурсов.
С этими тенденциями ожидается появление на рынке новой аппаратуры и решений, отвечающих новым требованиям.
Купить сетевое оборудование, отвечающее современным требованиям на привлекательных условиях, можно в магазине Суперайс. Для этого достаточно перейти в каталог и подобрать аппаратуру самостоятельно. При возникновении затруднений получите консультацию у специалистов технической поддержки в режиме онлайн или по электронной почте.
Перед покупкой рекомендуется ознакомиться с актуальной информацией о скидках.
За рамками этой публикации остались сети, организованные на основе открытых атмосферных оптических каналов. Это специфичный вид связи, поэтому в статье такие каналы не рассматривались.
