Стандартизованные оптоволоконные локальные сети

Основной принцип стандартизованной кабельной инфраструктуры состоит в ее предсказуемости. Значительная целостность сети и ее надежность могут быть достигнуты путем использования кабельной системы, основанной на стандартах. Уже много было сказано о значимости создания структурированной кабельной системы, которая соответствует описанным стандартам относительно медных систем. Система, основанная на стандартах, также очень важна и в оптоволоконных сетях. Производители сетевого оборудования полагаются на кабельные стандарты TIA и рабочие стандарты IEEE, в числе прочих, в областях совместимости и параметров производительности изготовленных продуктов. Проектировщик кабельной системы и системный администратор также полагаются на эти стандарты.

Если ваша кабельная система спроектирована и установлена в соответствии со стандартами, то вы можете быть уверенными, что закупленное оборудование будет правильно работать в указанных пределах своих возможностей.

На самом деле существуют два типа стандартов, которые совместно работают над тем, чтобы обеспечить производительность в сети на должном уровне. Комитеты TIA внимательно изучают существующие и планируемые инновации в локальных сетях в ходе создания новых кабельных стандартов. Подобным же образом комитеты IEEE изучают существующие и планируемые кабельные стандарты, а также возможности создания сетевых технологий, которые могли бы использовать широко распространенные кабельные системы.

Изначально сетевые технологии, которые планировались к использованию, поддерживали скромные параметры производительности, т.е. сети с шириной полосы пропускания в 10 - 20 МГц. Однако скорости быстро росли и теперь уже существуют стандарты, поддерживающие значения в 100, 250 и даже 600 МГц. По мере развития кабельных стандартов возможности строить высокоскоростные сети на основе кабельных систем также развивались. Оптоволоконные кабельные системы являются важным разделом всей кабельной технологии и предоставляют множество возможностей сетевому специалисту.

Хотя оптоволоконные кабели имеют значительное преимущество над медными во множестве систем, они все равно должны соответствовать стандартам установки и функционирования. От коннектора до самого волокна -все внутри оптического соединения должно соответствовать определенной системе и используемому оборудованию.

По этой причине мы опишем два вида оптоволоконных кабельных стандартов, которые используются в современном мире. Данные стандарты представляют собой структурированную кабельную систему и централизованную кабельную систему.

Структурированная оптическая кабельная система - стандарты TIA

Испытанным методом волоконного подключения является структурированная кабельная система, концепция которой описана в TIA-568-C. Как вы помните, данный стандарт позволяет использовать одномодовое и многомодовое волокло, хотя более ранняя версия стандарта (-А) активно приветствовала использование многомодового кабеля в горизонтальной структуре и одномодового в магистральной.

Многомодовые волокна и низкоскоростная светодиодная оптика традиционно были менее дороги по сравнению с одномодовыми волокнами и лазерной оптикой. В результате, большая часть оптических кабелей была установлена вместе в соответствии со стандартами структурированных кабельных систем и представляла собой многомодовые кабели.

Многомодовые кабели в структурированной системе работают одинаково хорошо для Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Это является серьезным достижением, если задуматься на эту тему. Частично причиной высокой скорости является 90 м ограничение на протяженность горизонтального кабеля в структурированной кабельной системе. Данное ограничение продиктовано параметрами затухания и переходных помех в кабелях витой пары при частоте в 100 МГц. Сторонники волокна могут поблагодарить медный кабель категории 5е за такие относительно короткие дистанции, а также долговечность многомодового волокна. Теперь многомодовые кабели стандартизируются на расстояния 55 и 100 м для использования их в 10 Gigabit Ethernet.

Как вы можете видеть на рис. 85, магистральные кабели исходят из одной распределительной точки типа основного кросс-коммутатора (МС) к телекоммуникационным помещениям, расположенным в здании. В каждом телекоммуникационном помещении оптический концентратор или коммутатор передает сигнал сети к индивидуальным горизонтальным кабелям, каждый на свою рабочую станцию. Многопользовательский адаптер телекоммуникационной розетки (MUTOA) может быть помещен на горизонтальный кабель, проложенный между телекоммуникационным помещением и переходником на рабочем месте (WOA). Как уже описывалось в ранее, офисные кабельные стандарты допускают использование оптоволоконного многопользовательского адаптера телекоммуникационной розетки.

Строго говоря, кабель от многопользовательского адаптера телекоммуникационной розетки до рабочей станции должен быть кабелем пользователя, подключаемым напрямую в рабочую станцию.

Однако проектировщик может использовать переходник для защиты более длинного кабеля, который идет обратно к многопользовательскому адаптеру телекоммуникационной розетки. Это недопустимо в случае с медными кабелями, в основном потому, что каждое подключение и соединение кабелей добавляет большое количество проблем в плане переходных помех. При надежном оптическом соединении добавится только незначительное количество децибелов затухания, а дополнительные переходные помехи на переходнике будут незначительны. Более того, потенциальное повреждение дуплексного оптоволоконного кабеля более вероятно, чем в случае с использованием медного кабеля, поэтому будет утомительно и дорого заменять поврежденный кабель пользователя до самого многопользовательского адаптера телекоммуникационной розетки.

Рис. 85 Типичный вид оптической структурированной кабельной системы

Централизованная кабельная система - стандарты TSB-72 и TIA-568-C

Волоконная оптика может поддерживать дальние расстояния, на которые не способны медные кабели. Усвоив этот момент, вполне возможно сделать так, чтобы волоконный кабель шел от центрального помещения с оборудованием или МС напрямую к рабочему месту. Данная топология отображена на рис. 86. В данном случае структурированный поход не имеет смысла в случае с оптическими соединениями и заменяется централизованной кабельной системой.

Централизованная волоконно-оптическая система имеет два преимущества. Стоимость каждого кабеля ниже, так как система ликвидирует использование как минимум двух коннекторов на каждом кабеле, а также соответствующие расходы на подключение, и расходы на коммутационные панели в Каждом телекоммуникационном помещении. Более того, в этом случае может быть использован централизованный оптический концентратор, что также понизит стоимость (и улучшит производительность), что было бы маловероятно в случае с использованием концентратора в каждом телекоммуникационном помещении. Централизованный концентратор также упрощает управление и администрирование.

Централизованная кабельная система была впервые описана в стандарте TSB-72 «Centralized Optical Fiber Cabling Guidelines» (Руководства пo централизованным волоконно-оптическим кабельным системам). Данный телекоммуникационный бюллетень был добавлен к TIA/EIA-568-A для описания параметров централизованной оптической кабельной системы. Части -В и -С стандарта включают в себя именно эту информацию.

Рис. 86 Типичный вид централизованной волоконной системы

В реальности при централизованной кабельной системе кабели проходят через существующие телекоммуникационные помещения, даже если в них нет соединений кабеля или коммутационного оборудования. Причина такого использования состоит в том, что в телекоммуникационных помещениях часто расположены междуэтажные порты, которые физически подключаются к МС или другой точке концентрации. Более того, если используется полностью волоконно-оптическая система, то многокабельные трубки могут быть протянуты к телекоммуникационному помещению, где они будут расходиться на индивидуальные трубки, направляемые к каждому рабочему месту.

В альтернативе многоволоконные кабели со свободным буфером могут
достигать каждого телекоммуникационного помещения и распадаться на от
дельные волокна для рабочих мест. Данный метод позволяет избежать дополнительных проблем, высокой стоимости и потерь на уровне коммутацонных панелей.

В оптических кабелях, в отличие от медных, допускаются сростки, так как они добавляют лишь незначительное затухание сигнала на пути его прохождения. Метод использования сростков в телекоммуникационном помещении может быть использован в полностью оптических системах, а также и гибридных, которые используют кабели со свободным буфером в телекоммуникационных помещениях и полноценные волоконные трубки на рабочих местах.

Как и в структурированной системе, вы можете использовать концентрацию в многопользовательских розетках (MUTOA) в офисах. Как уже было сказано, все оптические системы являются полносвязными, а не кросс-коммутационными. С практической точки зрения важно, где происходит взаимное соединение, поэтому в централизованных волоконно-оптических системах это соединение обеспечивается MUTOA.

Централизованная волоконная система является очень разумным вариантом прокладки оптического кабеля. Нужно быть предельно аккуратным в том плане, что полная длина кабеля должна быть в пределах рабочих параметров сетевой технологии, которую вы будете использовать. Например, длина определенных оптических кабелей может быть ограничена 220 м для Gigabit Ethernet, поэтому нужно придерживаться данных ограничений. Однако, если использовать некоторые многомодовые кабели, вы можете воспользоваться двумя новыми стандартами, а именно 100BaseSR и 100BaseLX4, которые поддерживают 10 Gigabit Ethernet на 300 м. С одномодовым кабелем использование стандарта 100BaseLR возможно на расстоянии до 10 км.

Если централизованная волоконная система и имеет какие-либо ограничения, то это возможность увеличения пропускной способности в будущем. Помните, что нынешние виды оптического кабеля для горизонтального применения способны поддерживать гигабитную скорость по причине малого ограничения длины горизонтального кабеля структурированной кабельной системы. Более новые совместимые с лазерами многомодовые и одномодовые кабели все еще слишком избыточны на 90 м для гигабитных скоростей, но их может едва хватить на 10 Гб. В какой-то мере вы сможете обеспечить будущее, проложив оптические кабели централизованной системы через телекоммуникационное помещение. Впоследствии, если вы хотите, чтобы более короткие кабели поддерживали будущую технологию, то можете обрезать оптические кабели в телекоммуникационном помещении, поместить там же свое концентрационное оборудование и подключить кабели к нему.

Стандартные оптоволоконные сетевые соединения

Волокно используется в различных сетевых соединениях. Рассмотрим в таблицу 11.5 для описания различных вариантов эффективного использования оптоволоконных кабельных систем.

* Расстояние для многомодового оптоволоконного кабеля зависит от размера сердцевины/оболочки и рабочей длины волны.

Таблица 11.5 Оптоволоконные сетевые стандарты

Стандарт	Скорость	Кабель	Расстояние
10BaseFL	10 Мбит/с	Многомодовый	2000 м
100BaseFX	100 Мбит/с	Многомодовый	400 м
100BaseSX	100 Мбит/с	Многомодовый	300 м
ATM/OC-3	155 Мбит/с	Одномодовый	Неизвестно
АТМ/ОС-12	622 Мбит/с	Одномодовый	Неизвестно
1000BaseSX	1 Гбит/с	Многомодовый	220-550 м*
1000BaseLX	1 Гбит/с	Многомодовый/ одномоовый	400-550 м*5 км
1000BaseSLX	1 Гбит/с	Одномодовый	10 км

Используемое вами сетевое оборудование в структурированной оптоволоконной системе должно быть совместимо с используемыми волоконными кабелями для нормального функционирования. Вам могут понадобиться простые кабели-адаптеры или переходники для разных коннекторов, один конец которых будет подходить к сетевому оборудованию или рабочей станции, а второй - к розетке или коммутационной панели. Более того, нужно будет выбрать подходящую технологию, в частности одномодовый или многомодовый кабель, медный или оптический. Что же делать в такой ситуации и чему отдать предпочтение?

Оптика до рабочего места

Основной лозунг волоконной кабельной индустрии в настоящее время - это проведение оптического кабеля к рабочему месту. В годы становления сетей это позволяло обеспечить почти неограниченную пропускную способность каждому пользователю (точнее, рабочей станции пользователя, так как у самого пользователя вряд ли есть какая-либо пропускная способность).

Наиболее популярным вариантом такого оптического кабеля был ОС-3 на 155 Мбит/с Данное соединение предлагалось в первую очередь, так как возможности 10BaseF не считались высокоскоростными, а скорость передачи данных в 10 Мбит/с легко поддерживалась устаревшим кабелем категории 3. Была другая практическая проблема с ОС-3, которая касалась использования ATM, который был редким для локальных сетей протоколом и не поддерживался в большинстве случаев ни производителями программного обеспечения, ни производителями аппаратных компонентов. Технология FDDI также предоставляла возможность проводки до рабочего места, но по цене, равной или даже превышавшей стоимость оборудования, которое подключалось с ее помощью.

Возможности 10BaseFX и любой из технологий 1000BaseF Gigabit Ethernet на данный момент позволяют создавать очень устойчивые оптические соединения до рабочего места. Конечно же, не всем пользователям в наши дни нужна скорость в гигабит, но сетевым администраторам (и начальству) она просто необходима. Интерфейсами оборудования являются оптические порты концентраторов/коммутаторов и сетевые адаптеры рабочих станций, серверов и маршрутизаторов. Все эти компоненты в настоящее время имеют оптические интерфейсы Стоимость интерфейсов является вопросом спроса и предложения. Оптика на светоизлучающих диодах, используемая в 100BaseFX, относительно недорогая. Постепенно становятся более доступными и сетевые карты, и концентраторы, цена которых сравнима с наиболее совершенными медными конкурентами.

По мере развития возможностей медных кабелей меняется и Gigabit Ethernet. И хотя стоимость оптических и медных кабелей для интерфейсов Gigabit Ethernet почти одинакова, вполне вероятно, что стоимость медных кабелей в ближайшее время сильно понизится. Несмотря на то что новые лазерные диоды VCSCEL, которые используются в волоконных кабелях для Gigabit Ethernet, значительно дешевле, чем более старые технологии, их стоимость еще значительно превышает стоимость медных приемопередатчиков.

Эффективность и стоимость централизованной оптоволоконной кабельной системы является компенсирующим фактором при выборе использования волоконных кабелей на рабочем столе. В больших системах экономия при использовании централизованной оптоволоконной системы по сравнению со структурированной кабельной системой с медным кабелем может быть решающим фактором для выбора данной технологии. Более того, существуют и другие преимущества типа иммунитета к помехам, безопасности и “Удущих технологий, требующих высокой пропускной способности, которые Полностью склоняют выбор в сторону оптического кабеля.

преобразование сигналов между медными и оптическими кабелями

Почти невозможно полностью избежать использования медных интерфейсов. Многие виды оборудования типа принтеров и маршрутизаторов имеют только медные интерфейсы. Может возникнуть необходимость использовать коммутаторы/концентраторы с обоими видами соединений. Рабочие станции и серверы обычно подключюется через оптические кабели, а несовместимое оборудование подключается к коммутатору/концентратору с помощью соответствующего медного интерфейса.

В случаях когда метод преобразования сигналов в концентраторе становится непрактичным, вы можете использовать переходник с медного кабеля на оптический. Существует несколько вариантов такого преобразования. В 10 Мбит/с Ethernet вы можете преобразовать оптический сигнал для AUI, коаксиального кабеля или 10Base-T соединения. Вариант AUI удобен, Так как данный интерфейс имеет источник энергии для приемопередатчика, который может быть использован для питания переходника. Во всех других случаях вы можете использовать настенные трансформаторы и кабели питания для переходника.

Особое внимание следует уделить виду оптоволоконного интерфейса на вашем переходнике. Оптоволоконный интерфейс 100 Мбит/с на данный момент существует в варианте либо FX, либо SX, длины волн у которых совершенно различны. Более того, существуют и варианты 10BaseFL и -FB, хотя последний является относительно редким. Оптические интерфейсы Gigabit Ethernet также существуют в различных вариантах в плане длины волн и количества мод, поэтому при выборе обратите внимание на требования вашего оборудования и/или оптических кабелей.

Помимо преобразователей электрического сигнала в оптический существуют и исключительно оптические переходники (рис. 87). По причине наличия одинаковых соединителей ничего не останавливает вас физически от образования соединений между одномодовыми и многомодовыми волоконными кабелями. Соединение приведет к сильным потерям сигнала, если оптический переход будет идти от многомодового к одномодовому. До сих пор существует проблема неожиданной потери при переходе с одномодового кабеля на многомодовый, но она незначительна. Переход с толстой сердцевины волокна диаметром в 50 мкм на тонкую одномодовую сердцевину в 4-8 мкм обязательно приведет к потерям света, если только вы не будете использовать лазерный источник, который случайно расположит луч света в центре сердцевины многомодового кабеля.

Рис. 87 Оптоволоконный модовый преобразователь

Модовые преобразователи обычно располагают пару приемопередатчиков с большой полосой пропускания друг рядом с другом в коробке. Один набор оптики является одномодовым, а второй - многомодовым. Между интерфейсами находится соответствующая электроника для повторения сигнала к противоположному интерфейсу. По этой причине вы можете представить себе, что оптические модовые преобразователи будут в несколько раз дороже, чем обычные преобразователи оптического сигнала в электрический.