Реферат: Локальная сеть Ethernet в жилом микрорайоне

Министерство путей сообщения Российской Федерации

Омский государственный университет путей сообщения

(ОмГУПС)

Кафедра «Автоматика и системы управления»

К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ

Заведующий кафедрой АиСУ

________ А. Б. Кильдибеков

«___» июня 2004 г.

ЛОКАЛЬНАЯ СЕТЬ ETHERNET В ЖИЛОМ МИКРОРАЙОНЕ

Пояснительная записка к дипломному проекту

ИНМВ. 109182.000 ПЗ

СОГЛАСОВАНО

Консультант по экономике – Студент гр. 29З

доцент кафедры ЭЖТ и УК

___________ А. Ю. Панычев ___________ А. И. Калиновский

«___» июня 2004 г. «___» июня 2004 г.

Консультант по безопасности Руководитель – жизнедеятельности – доцент кафедры АиСУ

старший преподаватель кафедры БЖ и Э

___________ Б. В. Мусаткина ___________ А. Б. Кильдибеков

«___» июня 2004 г. «___» июня 2004 г.

Омск 2004

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Факультет: ИАТИТ

Кафедра: АиСУ

Специальность: Информационные системы (ж.д. транспорт)

УТВЕРЖДАЮ:

Зав. кафедрой

____________А. Б. Кильдибеков

«__»________2004 г.

ЗАДАНИЕ

на дипломный проект студента

Калиновского Анатолия Игоревича

1. Тема проекта: «Локальная сеть Ethernet в жилом микрорайоне» утверждена приказом по университету от «___» _________ 2004 г. №__________

2. Срок сдачи студентом законченного проекта «___» _________ 2004 г.

3. Исходные данные к проекту:

Жилой микрорайон по улицам Масленникова и 20 Лет РККА состоящий из четырнадцать домов, тринадцать из которых подключены. Изначально сеть включала в себя четыре дома и была построена на витой паре категории 5Е. После смены владельца сеть была модернизирована и расширена. На магистральных линиях витую пару сменило оптоволокно. Сеть подключена по выделенному каналу к Интернет, по технологии ADSL.

4. Содержание расчётно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов)

4.1 Принципы построения домашних сетей

4.2 Технология FastEthernet

4.3 Волоконно-оптические линии связи

4.4 Технологии DSL

4.5 ЛВС в микрорайоне по улицам Масленникова и 20 лет РККА

4.5.1 Выбор мест расположения оборудования

4.5.2 Выбор топологии сети

4.5.3 Выбор типа кабеля

4.5.4 Прокладка кабеля

4.5.5 Активное сетевое оборудование

4.5.6 Выбор типа оптоволоконного кабеля

4.5.7 Прокладка оптоволоконного кабеля

4.5.8 Выбор типа оптических коннекторов

4.5.9 Выбор типа соединения оптоволокна

4.5.10 Сварка оптоволокна

4.5.11 Настройка на сервере PPPOE-SERVER и Firewall под Linux.

4.5.12 Настройка PPPOE под Windows на компьютере клиента

4.6. Рассчёт сметной стоимости

4.7 Техника безопасности при производстве работ на электрооборудовании ЛВС

5. Перечень графического материала

5.1 Структура изначальной сети

5.2 Схема изначальной сети

5.3 Структура модернизированной сети

5.4 Схема модернизированной сети

6. Консультанты по проекту (с указанием относящихся к ним разделов):

Руководитель проекта____________

Календарный план:

7. Дата выдачи задания 15 марта 2004 г.

Руководитель проекта ____________ А. Б. Кильдибеков

Задание принял к исполнению______________ А. И. Калиновский

Реферат

УДК 681.518

Дипломный проект содержит 88 страниц, 5 рисунков, 9 таблиц, 12 источников, 6 листов графического материала.

Сеть, Интернет, кабель, коммутатор, Ethernet, ADSL, оптоволокно, Linux, PPPOE, витая пара, медиаконвертор.

Объектом разработки является локальная компьютерная сеть в жилом микрорайоне, расположенном по улицам Масленникова и 20 Лет РККА.

Цель – проработать все аспекты и тонкости построения домашней сети, чтобы на практике достичь максимально надёжной, долговечной, удобной в эксплуатации и экономически выгодной сети.

В результате проделанной работы были найдены и проработаны оптимальные решения для построения, как домашней сети по улицам Масленникова и 20 Лет РККА горда Омска, так и для построения аналогичных локальных компьютерных сетей в большинстве крупных городов России. Учитывая, что домашние сети начали активно развиваться только недавно, и принципы построения ещё окончательно не выработаны, данная работа будет полезна для большинства людей занимающихся строительством домашних сетей.

Кроме того, данный дипломный проект интересен тем, что в нём описывается разработка как простейшей локальной домашней сети, не требующей больших финансовых вложений, так и модернизация и расширение существующей сети, до сети значительно более высокого уровня с использованием современных технологий, охватывающей большое количество жилых домов.

Содержание

Введение. 8

1 Принципы построения домашних сетей. 9

1.1 Технология FastEthernet 13

1.1.1 Спецификации физического уровня Fast Ethernet 16

1.1.1.1 Физический уровень 100Base-FX - многомодовое оптоволокно. 17

1.1.1.2 Физический уровень 100Base-T4 - четырехпарная витая пара. 20

1.1.2 Протоколы TCP/IP. 21

1.2 Волоконно-оптические линии связи. 25

1.3 Технологии DSL. 31

1.3.1 Технология ADSL. 34

1.4 Анализ конфигураций широкополосного абонентского доступа. 37

1.5 Подготовка кабельной сети к развертыванию xDSL. 42

2 ЛВС в микрорайоне по улицам Масленникова и 20 лет РККА.. 47

2.1 Выбор мест расположения оборудования. 47

2.2 Выбор топологии сети. 48

2.3 Выбор типа кабеля. 51

2.4 Прокладка кабеля. 51

2.5 Активное сетевое оборудование. 52

2.7 Модернизация и расширение сети. 55

2.7.1 Выбор типа оптоволоконного кабеля. 55

2.7.2 Прокладка оптоволоконного кабеля. 56

2.7.3 Выбор типа оптических коннекторов. 57

2.7.4 Выбор типа соединения оптоволокна. 58

2.7.5 Сварка оптоволокна. 58

2.7.6 Оптические шкафы.. 59

2.7.7 Выбор оборудования. 59

2.2.8 Настройка на сервере PPPOE-SERVER и Firewall под Linux. 62

2.2.9 Настройка PPPOE под Windows на компьютере клиента. 65

3. Расчёт сметной стоимости ЛВС.. 68

4. Техника безопасности при производстве работ на электрооборудовании ЛВС.. 75

4.1 Характеристика возможных опасных и вредных производственных факторов 75

4.2 Организационно-технические мероприятия по технике безопасности. 78

4.3 Технические средства защиты, обеспечивающие безопасность работ; оценка их эффективности. 79

Заключение. 84

Библиографический список. 86

В конверте на обороте обложки:

Компакт-диск CD-R: Пояснительная записка.

Презентация.

Демонстрационные листы.

Демонстрационные листы:

Схема сети изначальной…...………………………………………...лист 1

Стукутура сети изначальной………………………………………...лист 2

Схема сети модернизированной ....…….…………………………...лист 3

Схема сети модернизированной….…….…………………………...лист 4

Стукутура сети модернизированной ..……………………………...лист 5

Стукутура сети модернизированной ..……………………………...лист 6

Введение

Сеть Интернет становится все более популярной, однако настоящая популярность придет, когда к ней будет подключен каждый дом. Сейчас же наиболее массовым является телефонное соединение. Скорость его не превышает 56 кбит/c, и поэтому пользоваться мультимедийными ресурсами Интернет практически невозможно — IP-телефонии, видео-конференциям, потоковому видео и другим аналогичным сервисам для нормальной работы требуются более высокие скорости. Сегодня появляются технологии, способные увеличить скорость подключения, но пока они дороги для индивидуального пользователя. Один из возможных вариантов – коллективное подключение к Интернет, домашние сети. Благодаря которым, появляется возможность значительно сократить финансовые затраты на подключение для конечных пользователей. Хотя коллективный доступ уже несколько лет практикуется в России, пока еще не выработаны стандарты, обеспечивающие грамотное создание дешевых домашних сетей.

Целью данного проекта является разработать домашнюю компьютерную сеть в жилом микрорайоне по улицам Масленникова и 20 Лет РККА, подключённую к Интернет по выделенному скоростному каналу от компании «Сотлайн». Многих пользователей сети Интернет не удовлетворяет качество связи обеспечиваемое аналоговыми модемами при подключении к Интернет. Кроме того, часто конечным пользователям экономически более выгодно подключение к Интернет по выделенному скоростному каналу за счёт того, что в таком случае оплачивается трафик, а не длительность соединения как при использовании аналоговых модемов. Локальная компьютерная сеть в жилом микрорайоне позволила создать коллективный доступ к Интернет по высокоскоростному выделенному каналу по доступным для конечных пользователей ценам. При этом, значительно большая скорость соединения с Интернет позволяет расширить возможности его использования и проводить аудио-видео конференции, прослушивать Интернет-радио. Кроме того, пользователи локальной сети могут обмениваться между собой программами, музыкальными и видео записями и играть в сетевые компьютерные игры.

Для обеспечения стабильного функционирования сети сеть должна обладать надёжностью кабельных соединения, правильно топологией, грамотным выбором мест расположения оборудования. При этом важно обеспечить низкий бюджет проекта, чтобы сохранить доступность подключения. В данной работе проработаны все аспекты для создания качественной, современной локальной компьютерной сети в жилом микрорайоне, которые в настоящий момент имеют практическую реализацию и подтверждение правильности технических решений в виде стабильно функционирующей компьютерной сети в данном микрорайоне.

1 Принципы построения домашних сетей

Построение домашней сети — это фактически решение проблемы «последней мили», то есть создание дешевых, удобных и наиболее скоростных каналов в Интернет для конечных пользователей. Принято разделение территории, на которой происходит подключение домашнего компьютера, на три участка.

«Последняя миля» — это участок сети между провайдером Интернет и домом пользователя. На этом отрезке необходимы высокоскоростные технологии «точка–точка», с помощью которых передается весь поток информации, генерируемый и поглощаемый всеми пользователями, живущими в этом доме. Для последней мили обычно применяют выделенные линии, xDSL-технологии, кабельные модемы, радио-Ethernet, обычный Ethernet и различные оптоволоконные технологии передачи данных. Для расширения прямого канала можно также использовать однонаправленный спутниковый доступ.

«Последний ярд» — это разводка сигнала внутри дома. Существует мнение, что разводки по дому можно не делать, а подключать к Интернет нужно каждого пользователя в отдельности, то есть для каждого тянуть или искать отдельный кабель к провайдеру. Такое подключение называется прямым. Очевидно, что прямое подключение экономически невыгодно. При коллективном подключении дома требуется технология распределения ресурса по всем участникам проекта. Для этого можно использовать Ethernet, HomePNA, xDSL и радио-Ethernet.

«Последний фут» — это разводка сигнала по квартире. Конечно, если в квартире проложена СКС, то проблем с подключением компьютера не будет, но в любом другом случае прокладка кабеля по квартире связана с определенными проблемами. Впрочем, даже без подключения к Интернет иногда возникает необходимость собрать в единую сеть несколько компьютеров. Для этого можно использовать либо радиотехнологии — Bluetooth или Home FR, либо HomePNA по телефонной сети.

Большинство домашних сетей являются не коммерческими, и строятся жителями районов. Они прокладывают кабель и подключают сеть к Интернет. Как правило, такие инициаторы сами же являются и владельцами домашней сети. Подобную организационная схема устраивает провайдеров, поскольку в этом случае они лишь оказывают посильную помощь в развитии и поддержке сети, которой главным образом занимаются сами ее владельцы.

В случае, когда сеть строит инициативная группа, она же несет необходимые расходы по замене оборудования, модернизации кабельной инфраструктуры и решению возникающих проблем. В этом случае провайдеры, кроме собственно предоставления канала, могут помочь настроить маршрутизацию потоков между домашней сетью и Интернет, иногда они также занимаются тарификацией и выставлением счетов для каждого абонента в отдельности. Обратная же сторона заключается в том, что в случае возникновения каких-либо проблем с сетью, не все клиенты понимают чья это ответственность и появляются претензии к провайдеру. Именно поэтому провайдеры всё больше либо сами участвуют в создании локальной сети, либо имеют партнёрские отношения с коммерческими организациями, сферой деятельности которых являются домашние сети.

Есть домашние сети, которые провайдеры развертывают для оптимизации своих затрат на подключение пользователей. Правда, будучи коммерческими организациями, провайдеры не могут себе позволить вести проекты с большим объемом инвестиций, которые окупятся только через несколько лет. Поэтому прокладка оптоволокна в дом и разводка его по всем квартирам — решение для них сейчас экономически невыгодное. При постепенном же развитии сети инвестиции в создание инфраструктуры могут быть минимальными и начнут окупаться достаточно быстро. Для этого можно соединять дома постепенно — квартал за кварталом, получая прибыль с каждого подключенного участка. Такой подход позволяет минимизировать расходы на кабельную инфраструктуру, но одновременно требует использования масштабируемых и достаточно массовых технологий. Лучше всего сразу создавать качественную кабельную проводку домашней сети, как минимум на основе витой пары пятой категории.

Провайдеры могут строить домашние сети по следующей схеме. В квартале выбирается точка присутствия, через которую можно подключить несколько домов. В эту точку ставится маршрутизатор и арендуется пара проводов к опорной сети провайдера, которая обеспечивает подключение домашних сетей к магистрали. При этом маршрутизация потоков выполняется в точке присутствия, а всю разводку по дому можно осуществлять на неуправляемых коммутаторах. В этом случае, чем дешевле устройства «последнего ярда», тем проще их защитить от вандализма и заменить при какой-либо аварии. В результате получается одна большая и почти неуправляемая локальная сеть.

Для подключения дома к Интернет и создания каналов связи между домами в качестве основной используется xDSL-технология. Как правило, это симметричные потоки E1 (2 Мбит/с) или несимметричное ADSL-подключение. Есть еще две приемлемые технологии: кабельные модемы и радио-Ethernet. Их схожесть в том, что теоретически они не требуют прокладки дополнительных кабелей. Однако кабельных сетей, на которые рассчитаны кабельные модемы, в России практически нет, а радио-Ethenet плохо работает в больших городах. Кроме того, легальное использование радио-Ethernet сопряжено с определенными трудностями. Проекты, где предусмотрена прокладка дополнительных кабелей (коаксиального — для кабельных модемов или оптоволоконного — для Ethernet), как правило, достаточно дороги и носят единичный характер. Поэтому наиболее массовой для подключения домашних сетей является технология ADSL.

Однако и с ADSL не все так просто. Проблема в том, что провайдеры Интернет не всегда могут получить доступ к уже проложенным телефонным кабелям. Кроме того, телефонные колодцы и разводку проводов по дому контролирует телефонный оператор, который будет сопротивляться установке на этих участках дополнительного оборудования. Провайдеры Интернет вынуждены либо идти на компромисс с телефонными операторами, либо строить собственные сети. Если провайдер пользуется городской телефонной сетью, то тут задействуются известные западные бизнес-модели. В этом случае оптимальным решением является технология ADSL для предоставления услуг передачи данных с несимметричными скоростями, что характерно для жилого сектора.

Но DSL по существующей телефонной проводке можно провести далеко не в каждую квартиру, так как качество линии способно существенно уменьшить дальность и скорость соединения. Впрочем, стоимость абонентской платы для прямого подключения может быть невысокой, поскольку расходы провайдера на поддержание DSL-соединения небольшие. Таким образом, основной проблемой прямого подключения для частных пользователей является ценовой порог вхождения.

Другая неприятность при работе с DSL-технологией — плохое качество телефонных медных кабелей и разводки в кросс-панелях. Когда провайдеры сами строят сети для подводки сигнала к дому, то кроме описанных выше DSL-технологий и кабельных модемов используется еще оборудование Ethernet, поскольку в этом случае оно будет достаточно дешевым. Но при применении Ethernet на «последней миле» приходится прокладывать оптические кабели, что увеличивает стоимость проекта.

В дополнение к сказанному стоит упомянуть технологию ассимметричного спутникового доступа. Подобные решения существуют достаточно давно и позволяют решить проблему дисбаланса потоков информации, ускоряя передачу данных из Интернет к конечному пользователю. Если для индивидуального пользователя стоимость установки такой системы непомерно высока, то для коллективного подключения она вполне подходит. Однако для их эксплуатации все равно нужен обратный канал, организованный на основе одной из вышеперечисленных технологий.

В качестве разводки по дому обычно используют технологию Ethernet. Она привычна, достаточно дешева и ее поддерживают практически все производители. Однако как альтернатива ей есть неприхотливая технология HomePNA. Кроме того, можно и на этом участке задействовать DSL-оборудование, которое базируется на стандартах, обеспечивающих более высокие скорости. Правда, DSL-модемы, как правило, на порядок дороже устройств Ethernet и HomePNA, и хотя DSL позволяет организовывать синхронные каналы (с гарантированным временем задержки), для передачи данных это ненужное излишество.

HomePNA по цене близок к Ethernet, однако функционирует на базе существующей телефонной проводки, не мешая работе обычного телефона. Таким образом, с помощью стандарта HomePNA 1.0 телефонные шлейфы в доме можно легко превратить в соединения компьютерной сети по топологии «звезда». Правда, для этого провайдеру нужен доступ к телефонному кроссу в подъезде, а в большинстве домов владельцем абонентских шлейфов и кросса является оператор местной телефонной связи, который будет исходить из своих интересов. В некоторых случаях провайдеру приходится использовать альтернативную проводку или организовывать ее самостоятельно. Тогда лучше установить версию HomePNA 2.0, которая поддерживает топологию «шина». Согласно этой схеме, по подъезду прокладывается один кабель, к которому подключается конвертер HomePNA-Ethernet. При появлении нового абонента делается горизонтальный отвод в его квартиру, но полоса пропускания делится между всеми пользователями подъезда.

Стоимость технологий Ethernet и HomePNA для решения проблемы «последнего ярда» примерно одинакова. Хотя оборудование HomePNA 2.0 в два раза дороже, чем Ethernet и HomePNA 1.0, общие затраты на организацию доступа в пересчете на один подъезд вполне сопоставимы — из-за применения в первом случае более эффективной шинной топологии. В целом HomePNA задействует новые алгоритмы модуляции, что позволяет на одинаковых расстояниях использовать более дешевые кабели, чем требуется для сетей Ethernet.

Предлагаемые решения проблемы «последнего ярда» относятся к домам, которые строились задолго до появления технологии передачи данных. В строящихся сегодня домах, как правило, предусмотрена специальная кабельная система для передачи данных, голоса и мультимедиа, поэтому здесь проблема «последнего ярда» уже решена. Кабельная система таких зданий рассчитана на технологию Ethernet, и поэтому лучше всего использовать именно ее.

Разводка по квартире занимает минимум времени. Особенно при использовании технологии HomePNA, поскольку она требует всего лишь обычную телефонную проводку. С помощью HomePNA можно также объединить компьютеры в «квартирную» сеть, а один из них подключить к Интернет, используя его в качестве маршрутизатора. В качестве альтернативы можно назвать радиотехнологии, такие как Bluetooth или Home FR. Bluetooth изначально была рассчитана на небольшой радиус действия, но поскольку расстояние зависит от мощности излучателя, то его можно увеличить. Известны сети, где применяется технология Bluetooth на расстоянии около 100 м, а при использовании специальных усилителей — и до 500 м. Правда, скорость передачи данных с помощью Bluetooth оставляет желать лучшего – она не более 800 кбит/c. Кроме того, необходимо соблюсти санитарно-гигиенические нормы на мощность излучения.

Использование радио-Ethernet внутри дома затрудняется тем, что большая часть оборудования на основе этой технологии работает на частоте около 2,4 ГГц. Дело в том, что именно на такой частоте функционируют и бытовые СВЧ-печи; а теперь начали еще выпускать домашние телефоны, рассчитанные на тот же диапазон. Поэтому использовать радио-Ethernet для разводки по квартире будет практически невозможно из-за сильного затухания, большого количества помех и ограниченности частотного диапазона. Впрочем, эта технология вполне пригодна для организации «последнего фута», но популярность к ней придет только тогда, когда радиотехнология сравнится по цене с Ethernet и HomePNA.

В последнее время появляются решения для передачи данных по силовой проводке. Однако официально использовать их будет затруднительно, поскольку нужно договариваться с энергетиками, а требования к электробезопасности в России достаточно жесткие. Можно также устанавливать соединение через инфракрасные порты, но оно будет ненадежным и разрываться любым препятствием. Так или иначе, наиболее актуальными остаются Ethernet и HomePNA. При этом Ethernet значительно выигрывает в скорости, но минусом является необходимость прокладки кабельной системы. Если же учесть, что не все квартиры в доме телефонизированы, то именно FastEthernet становится оптимальным вариантом.

1.1 Технология FastEthernet

Технология Fast Ethernet является эволюционным развитием классической технологии Ethernet. 10-Мегабитный Ethernet устраивал большинство пользователей на протяжении около 15 лет. Однако в начале 90-х годов начала ощущаться его недостаточная пропускная способность. В 1992 году группа производителей сетевого оборудования, включая таких лидеров технологии Ethernet как SynOptics, 3Com и ряд других, образовали некоммерческое объединение Fast Ethernet Alliance для разработки стандарта на новую технологию, которая обобщила бы достижения отдельных компаний в области Ethernet-преемственного высокоскоростного стандарта. Новая технология получила название Fast Ethernet.

Одновременно были начаты работы в институте IEEE по стандартизации новой технологии - там была сформирована исследовательская группа для изучения технического потенциала высокоскоростных технологий. За период с конца 1992 года и по конец 1993 года группа IEEE изучила 100-Мегабитные решения, предложенные различными производителями. Наряду с предложениями Fast Ethernet Alliance группа рассмотрела также и другую высокоскоростную технологию, предложенную компаниями Hewlett-Packard и AT&T.

В центре дискуссий была проблема сохранения соревновательного метода доступа CSMA/CD. Предложение по Fast Ethernet'у сохраняло этот метод и тем самым обеспечивало преемственность и согласованность сетей 10Base-T и 100Base-T. Коалиция HP и AT&T, которая имела поддержку гораздо меньшего числа производителей в сетевой индустрии, чем Fast Ethernet Alliance, предложила совершенно новый метод доступа, называемый Demand Priority. Он существенно менял картину поведения узлов в сети, поэтому не смог вписаться в технологию Ethernet и стандарт 802.3, и для его стандартизации был организован новый комитет IEEE 802.12.

В мае 1995 года комитет IEEE принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта 802.3u, который не является самостоятельным стандартом, а представляет собой дополнение к существующему стандарту 802.3.. Отличия Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне. Более сложная структура физического уровня технологии Fast Ethernet вызвана тем, что в ней используется три варианта кабельных систем - оптоволокно, 2-х парная витая пара категории 5 и 4-х парная витая пара категории 3, причем по сравнению с вариантами физической реализации Ethernet (а их насчитывается шесть), здесь отличия каждого варианта от других глубже - меняется и количество проводников, и методы кодирования. А так как физические варианты Fast Ethernet создавались одновременно, а не эволюционно, как для сетей Ethernet, то имелась возможность детально определить те подуровни физического уровня, которые не изменяются от варианта к варианту, и остальные подуровни, специфические для каждого варианта.

Основными достоинствами технологии Fast Ethernet являются:

- увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мб/c;

- сохранение метода случайного доступа Ethernet;

- сохранение звездообразной топологии сетей и поддержка традиционных сред передачи данных - витой пары и оптоволоконного кабеля.

Указанные свойства позволяют осуществлять постепенный переход от сетей 10Base-T к скоростным сетям, сохраняющим значительную преемственность с технологией: Fast Ethernet не требует коренного переобучения персонала и замены оборудования во всех узлах сети.

Официальный стандарт 100Base-T (802.3u) установил три различных спецификации для физического уровня (в терминах семиуровневой модели OSI) для поддержки следующих типов кабельных систем:

100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5, или экранированной витой паре STP Type 1;

100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5;

100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля.

Подуровни LLC и MAC в стандарте Fast Ethernet не претерпели изменений. Подуровень LLC обеспечивает интерфейс протокола Ethernet с протоколами вышележащих уровней, например, с IP или IPX. Кадр LLC, изображенный на рисунке 1.1, вкладывается в кадр MAC и позволяет за счет полей DSAP и SSAP идентифицировать адрес сервисов назначения и источника соответственно. Например, при вложении в кадр LLC пакета IPX, значения как DSAP, так и SSAP должны быть равны Е0. Поле управления кадра LLC позволяет реализовать процедуры обмена данными трех типов.

Процедура типа 1 определяет обмен данными без предварительного установления соединения и без повторной передачи кадров в случае обнаружения ошибочной ситуации, то есть является процедурой дейтаграммного типа. Поле управления для этого типа процедур имеет значение 03, что определяет все кадры как ненумерованные.

Процедура типа 2 определяет режим обмена с установлением соединений, нумерацией кадров, управлением потоком кадров и повторной передачей ошибочных кадров. В этом режиме протокол LLC аналогичен протоколу HDLC.

Процедура типа 3 определяет режим передачи данных без установления соединения, но с получением подтверждения о доставке информационного кадра адресату.

Рисунок 1.1 - Формат кадра LLC с расширением SNAP

Существует расширение формата кадра LLC, называемое SNAP (Subnetwork Access Protocol). В случае использования расширения SNAP в поля DSAP и SSAP записывается значение AA, тип кадра по-прежнему равен 03, а для обозначения типа протокола, вложенного в поле данных, используются следующие 4 байта, причем байты идентификатора организации (OUI) всегда равны 00 (за исключением протокола AppleTalk), а последний байт (TYPE) содержит идентификатор типа протокола (например, 0800 для IP).

Заголовки LLC или LLC/SNAP используются мостами и коммутаторами для трансляции протоколов канального уровня по стандарту IEEE 802.2H.

Подуровень MAC ответственен за формирование кадра Ethernet, получение доступа к разделяемой среде передачи данных и за отправку с помощью физического уровня кадра по физической среде узлу назначения.

Разделяемая среда Ethernet, независимо от ее физической реализации (коаксиальный кабель, витая пара или оптоволокно с повторителями), в любой момент времени находится в одном из трех состояний - свободна, занята, коллизия. Состояние занятости соответствует нормальной передаче кадра одним из узлов сети. Состояние коллизии возникает при одновременной передаче кадров более, чем одним узлом сети.

MAC-подуровень каждого узла сети получает от физического уровня информацию о состоянии разделяемой среды. Если она свободна, и у MAC-подуровня имеется кадр для передачи, то он передает его через физический уровень в сеть. Физический уровень одновременно с побитной передачей кадра следит за состоянием среды. Если за время передачи кадра коллизия не возникла, то кадр считается переданным. Если же за это время коллизия была зафиксирована, то передача кадра прекращается, и в сеть выдается специальная последовательность из 32 бит (jam-последовательность), которая должна помочь однозначно распознать коллизию всеми узлами сети.

После фиксации коллизии MAC-подуровень делает случайную паузу, а затем вновь пытается передать данный кадр. Случайный характер паузы уменьшает вероятность одновременной попытки захвата разделяемой среды несколькими узлами при следующей попытке. Интервал, из которого выбирается случайная величина паузы, возрастает с каждой попыткой (до 10-ой), так что при большой загрузке сети и частом возникновении коллизий происходит притормаживание узлов. Максимальное число попыток передачи одного кадра - 16, после чего MAC-подуровень оставляет данный кадр и начинает передачу следующего кадра, поступившего с LLC-подуровня.

MAC-подуровень узла приемника, который получает биты кадра от своего физического уровня, проверяет поле адреса кадра, и если адрес совпадает с его собственным, то он копирует кадр в свой буфер. Затем он проверяет, не содержит ли кадр специфические ошибки: по контрольной сумме (FCS error), по максимально допустимому размеру кадра (jabber error), по минимально допустимому размеру кадра (runts), по неверно найденным границам байт (alignment error). Если кадр корректен, то его поле данных передается на LLC-подуровень, если нет - то отбрасывается.

Форматы кадров технологии Fast Ethernet не отличаются от форматов кадров технологий 10-Мегабитного Ethernet'a. На рисунке 1.2 приведен формат MAC-кадра Ethernet, а также временные параметры его передачи по сети для скорости 10 Мб/с и для скорости 100 Мб/с.

В кадрах стандарта Ethernet-II (или Ethernet DIX), опубликованного компаниями Xerox, Intel и Digital еще до появления стандарта IEEE 802.3, вместо двухбайтового поля L (длина поля данных) используется двухбайтовое поле T (тип кадра). Значение поля типа кадра всегда больше 1518 байт, что позволяет легко различить эти два разных формата кадров Ethernet DIX и IEEE 802.3.

Все времена передачи кадров Fast Ethernet в 10 раз меньше соответствующих времен технологии 10-Мегабитного Ethernet'а: межбитовый интервал составляет 10 нс вместо 100 нс, а межкадровый интервал - 0.96 мкс вместо 9.6 мкс соответственно.

Рисунок 1.2 - Формат MAC-кадра и времена его передачи

1.1.1 Спецификации физического уровня Fast Ethernet

Для технологии Fast Ethernet разработаны различные варианты физического уровня, отличающиеся не только типом кабеля и электрическими параметрами импульсов, как это сделано в технологии 10 Мб/с Ethernet, но и способом кодирования сигналов, и количеством используемых в кабеле проводников. Поэтому физический уровень Fast Ethernet имеет более сложную структуру, чем классический Ethernet.

Физический уровень состоит из трех подуровней:

- Уровень согласования (reconciliation sublayer).

- Независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, MII).

- Устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).

- Устройство физического уровня (PHY) обеспечивает кодирование данных, поступающих от MAC-подуровня для передачи их по кабелю определенного типа, синхронизацию передаваемых по кабелю данных, а также прием и декодирование данных в узле-приемнике.

Интерфейс MII поддерживает независимый от используемой физической среды способ обмена данными между MAC-подуровнем и подуровнем PHY. Этот интерфейс аналогичен по назначению интерфейсу AUI классического Ethernet'а за исключением того, что интерфейс AUI располагался между подуровнем физического кодирования сигнала (для любых вариантов кабеля использовался одинаковый метод физического кодирования - манчестерский код) и подуровнем физического присоединения к среде, а интерфейс MII располагается между MAC-подуровнем и подуровнями кодирования сигнала, которых в стандарте Fast Ethernet три - FX, TX и T4.

Подуровень согласования нужен для того, чтобы согласовать работу подуровня MAC с интерфейсом MII.

1.1.1.1 Физический уровень 100Base-FX - многомодовое оптоволокно

Физический уровень PHY ответственен за прием данных в параллельной форме от MAC-подуровня, трансляцию их в один (TX или FX) или три последовательных потока бит с возможностью побитной синхронизации и передачу их через разъем на кабель. Аналогично, на приемном узле уровень PHY должен принимать сигналы по кабелю, определять моменты синхронизации бит, извлекать биты из физических сигналов, преобразовывать их в параллельную форму и передавать подуровню MAC.

Структура физического уровня 100Base-FX представлена на рисунке 1.3.

Эта спецификация определяет работу протокола Fast Ethernet по многомодовому оптоволокну в полудуплексном и полнодуплексном режимах на основе хорошо проверенной схемы кодирования и передачи оптических сигналов, использующейся уже на протяжении ряда лет в стандарте FDDI. Как и в стандарте FDDI, каждый узел соединяется с сетью двумя оптическими волокнами, идущими от приемника (Rx) и от передатчика (Tx).

Рисунок 1.3 - Физический уровень PHY FX

Между спецификациями PHY FX и PHY TX есть много общего, поэтому общие для двух спецификаций свойства будут даваться под обобщенным названием PHY FX/TX.

Метод кодирования 4B/5B

10 Мб/с версии Ethernet используют манчестерское кодирование для представления данных при передаче по кабелю. Метод кодирования 4B/5B определен в стандарте FDDI, и он без изменений перенесен в спецификацию PHY FX/TX. При этом методе каждые 4 бита данных MAC-подуровня (называемых символами) представляются 5 битами. Использование избыточного бита позволяет применить потенциальные коды при представлении каждого из пяти бит в виде электрических или оптических импульсов. Потенциальные коды обладают по сравнению с манчестерскими кодами более узкой полосой спектра сигнала, а, следовательно, предъявляют меньшие требования к полосе пропускания кабеля. Однако прямое использование потенциальных кодов для передачи исходных данных без избыточного бита невозможно из-за плохой самосинхронизации приемника и источника данных: при передаче длинной последовательности единиц или нулей в течение долгого времени сигнал не изменяется и приемник не может определить момент чтения очередного бита.

При использовании пяти бит для кодирования шестнадцати исходных 4-х битовых комбинаций, можно построить такую таблицу кодирования, в которой любой исходный 4-х битовый код представляется 5-ти битовым кодом с чередующимися нулями и единицами. Тем самым обеспечивается синхронизация приемника с передатчиком. Так как исходные биты MAC-подуровня должны передаваться со скоростью 100Мб/c, то наличие одного избыточного бита вынуждает передавать биты результирующего кода 4B/5B со скоростью 125 Мб/c, то есть межбитовое расстояние в устройстве PHY составляет 8 наносекунд.

Так как из 32 возможных комбинаций 5-битовых порций для кодирования порций исходных данных нужно только 16, то остальные 16 комбинаций в коде 4В/5B используются в служебных целях.

Наличие служебных символов позволило использовать в спецификациях FX/TX схему непрерывного обмена сигналами между передатчиком и приемником и при свободном состоянии среды, что отличает их от спецификации 10Base-T, когда незанятое состояние среды обозначается полным отсутствием на ней импульсов информации. Для обозначения незанятого состояния среды используется служебный символ Idle (11111), который постоянно циркулирует между передатчиком и приемником, поддерживая их синхронизм и в периодах между передачами информации, а также позволяя контролировать физическое состояние линии.

Существование запрещенных комбинаций символов позволяет отбраковывать ошибочные символы, что повышает устойчивость работы сетей с PHY FX/TX.

Для отделения кадра Ethernet от символов Idle используется комбинация символов Start Delimiter (пара символов JK), а после завершения кадра перед первым символом Idle вставляется символ T (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 - Непрерывный поток данных спецификаций PHY FX/TX

После преобразования 4-битовых порций MAC-кодов в 5-битовые порции PHY их необходимо представить в виде оптических или электрических сигналов в кабеле, соединяющем узлы сети. Спецификации PHY FX и PHY TX используют для этого различные методы физического кодирования - NRZI и MLT-3 соответственно. Эти же методы определены в стандарте FDDI для передачи сигналов по оптоволокну (спецификация PMD) и витой паре (спецификация TP-PMD).

Рассмотрим метод NRZI - Non Return to Zero Invert to ones - метод без возврата к нулю с инвертированием для единиц. Этот метод представляет собой модификацию простого потенциального метода кодирования, называемого Non Return to Zero (NRZ), когда для представления 1 и 0 используются потенциалы двух уровней. В методе NRZI также используется два уровня потенциала сигнала, но потенциал, используемый для кодирования текущего бита зависит от потенциала, который использовался для кодирования предыдущего бита (так называемое, дифференциальное кодирование). Если текущий бит имеет значение 1, то текущий потенциал представляет собой инверсию потенциала предыдущего бита, независимо от его значения. Если же текущий бит имеет значение 0, то текущий потенциал повторяет предыдущий.

Из описания метода NRZI видно, что для обеспечения частых изменений сигнала, а значит и для поддержания самосинхронизации приемника, нужно исключить из кодов слишком длинные последовательности нулей. Коды 4B/5B построены так, что гарантируют не более трех нулей подряд при любом сочетании бит в исходной информации. Основное преимущество NRZI кодирования по сравнению с NRZ кодированием в более надежном распознавании передаваемых 1 и 0 на линии в условиях помех.

1.1.1.2 Физический уровень 100Base-T4 - четырехпарная витая пара

Спецификация PHY T4 была разработана для того, чтобы можно было использовать для высокоскоростного Ethernet'а имеющуюся проводку на витой паре категории 3. Эта спецификация использует все 4 пары кабеля для того, чтобы можно было повысить общую пропускную способность за счет одновременной передачи потоков бит по нескольким витым парам.

Структура физического уровня PHY T4 изображена на рисунке 1.5.

Вместо кодирования 4B/5В в этом методе используется кодирование 8B/6T. Каждые 8 бит информации MAC-уровня кодируются 6-ю троичными цифрами (ternary symbols), то есть цифрами, имеющими три состояния. Каждая троичная цифра имеет длительность 40 наносекунд. Группа из 6-ти троичных цифр затем передается на одну из трех передающих витых пар, независимо и последовательно. Четвертая пара всегда используется для прослушивания несущей частоты в целях обнаружения коллизии. Скорость передачи данных по каждой из трех передающих пар равна 33.3 Мб/c, поэтому общая скорость протокола 100Base-T4 составляет 100 Мб/c. В то же время из-за принятого способа кодирования скорость изменения сигнала на каждой паре равна всего 25 Мбод, что и позволяет использовать витую пару категории 3.

При соединение порта MDI сетевого адаптера 100Base-T4 с портом MDI-X повторителя, пара 1-2 используется для передачи данных от порта MDI к порту MDI-X, пара 3-6 всегда используется для приема данных портом MDI от порта MDI-X, а пары 4-5 и 7-8 являются двунаправленными и используются и для приема, и для передачи, в зависимости от потребности.

Рисунок 1.5 - Физический уровень PHY T4

1.1.2 Протоколы TCP/IP

Основу транспортных средств стека протоколов TCP/IP составляет протокол межсетевого взаимодействия - Internet Protocol (IP). К основным функциям протокола IP относятся:

- перенос между сетями различных типов адресной информации в унифицированной форме,

- сборка и разборка пакетов при передаче их между сетями с различным максимальным значением длины пакета.

Пакет IP состоит из заголовка и поля данных. Заголовок пакета имеет следующие поля:

- Поле Номер версии (VERS) указывает версию протокола IP. Сейчас повсеместно используется версия 4 и готовится переход на версию 6, называемую также IPng (IP next generation).

- Поле Длина заголовка (HLEN) пакета IP занимает 4 бита и указывает значение длины заголовка, измеренное в 32-битовых словах. Обычно заголовок имеет длину в 20 байт (пять 32-битовых слов), но при увеличении объема служебной информации эта длина может быть увеличена за счет использования дополнительных байт в поле Резерв (IP OPTIONS).

- Поле Тип сервиса (SERVICE TYPE) занимает 1 байт и задает приоритетность пакета и вид критерия выбора маршрута. Первые три бита этого поля образуют подполе приоритета пакета (PRECEDENCE). Приоритет может иметь значения от 0 (нормальный пакет) до 7 (пакет управляющей информации). Маршрутизаторы и компьютеры могут принимать во внимание приоритет пакета и обрабатывать более важные пакеты в первую очередь. Поле Тип сервиса содержит также три бита, определяющие критерий выбора маршрута. Установленный бит D (delay) говорит о том, что маршрут должен выбираться для минимизации задержки доставки данного пакета, бит T - для максимизации пропускной способности, а бит R - для максимизации надежности доставки.

- Поле Общая длина (TOTAL LENGTH) занимает 2 байта и указывает общую длину пакета с учетом заголовка и поля данных.

- Поле Идентификатор пакета (IDENTIFICATION) занимает 2 байта и используется для распознавания пакетов, образовавшихся путем фрагментации исходного пакета. Все фрагменты должны иметь одинаковое значение этого поля.

- Поле Флаги (FLAGS) занимает 3 бита, оно указывает на возможность фрагментации пакета (установленный бит Do not Fragment - DF - запрещает маршрутизатору фрагментировать данный пакет), а также на то, является ли данный пакет промежуточным или последним фрагментом исходного пакета (установленный бит More Fragments - MF - говорит о том пакет переносит промежуточный фрагмент).

- Поле Смещение фрагмента (FRAGMENT OFFSET) занимает 13 бит, оно используется для указания в байтах смещения поля данных этого пакета от начала общего поля данных исходного пакета, подвергнутого фрагментации. Используется при сборке/разборке фрагментов пакетов при передачах их между сетями с различными величинами максимальной длины пакета.

- Поле Время жизни (TIME TO LIVE) занимает 1 байт и указывает предельный срок, в течение которого пакет может перемещаться по сети. Время жизни данного пакета измеряется в секундах и задается источником передачи средствами протокола IP. На шлюзах и в других узлах сети по истечении каждой секунды из текущего времени жизни вычитается единица; единица вычитается также при каждой транзитной передаче (даже если не прошла секунда). При истечении времени жизни пакет аннулируется.

- Идентификатор Протокола верхнего уровня (PROTOCOL) занимает 1 байт и указывает, какому протоколу верхнего уровня принадлежит пакет (например, это могут быть протоколы TCP, UDP или RIP).

- Контрольная сумма (HEADER CHECKSUM) занимает 2 байта, она рассчитывается по всему заголовку.

- Поля Адрес источника (SOURCE IP ADDRESS) и Адрес назначения (DESTINATION IP ADDRESS) имеют одинаковую длину - 32 бита, и одинаковую структуру.

- Поле Резерв (IP OPTIONS) является необязательным и используется обычно только при отладке сети. Это поле состоит из нескольких подполей, каждое из которых может быть одного из восьми предопределенных типов. В этих подполях можно указывать точный маршрут прохождения маршрутизаторов, регистрировать проходимые пакетом маршрутизаторы, помещать данные системы безопасности, а также временные отметки. Так как число подполей может быть произвольным, то в конце поля Резерв должно быть добавлено несколько байт для выравнивания заголовка пакета по 32-битной границе.

Максимальная длина поля данных пакета ограничена разрядностью поля, определяющего эту величину, и составляет 65535 байтов, однако при передаче по сетям различного типа длина пакета выбирается с учетом максимальной длины пакета протокола нижнего уровня, несущего IP-пакеты. Если это кадры Ethernet, то выбираются пакеты с максимальной длиной в 1500 байтов, умещающиеся в поле данных кадра Ethernet.

В стеке протоколов TCP/IP протокол TCP (Transmission Control Protocol) работает так же, как и протокол UDP, на транспортном уровне. Он обеспечивает надежную транспортировку данных между прикладными процессами путем установления логического соединения.

Единицей данных протокола TCP является сегмент. Информация, поступающая к протоколу TCP в рамках логического соединения от протоколов более высокого уровня, рассматривается протоколом TCP как неструктурированный поток байт. Поступающие данные буферизуются средствами TCP. Для передачи на сетевой уровень из буфера "вырезается" некоторая непрерывная часть данных, называемая сегментом.

В протоколе TCP предусмотрен случай, когда приложение обращается с запросом о срочной передаче данных (бит PSH в запросе установлен в 1). В этом случае протокол TCP, не ожидая заполнения буфера до уровня размера сегмента, немедленно передает указанные данные в сеть. О таких данных говорят, что они передаются вне потока - out of band.

Не все сегменты, посланные через соединение, будут одного и того же размера, однако оба участника соединения должны договориться о максимальном размере сегмента, который они будут использовать. Этот размер выбирается таким образом, чтобы при упаковке сегмента в IP-пакет он помещался туда целиком, то есть максимальный размер сегмента не должен превосходить максимального размера поля данных IP-пакета. В противном случае пришлось бы выполнять фрагментацию, то есть делить сегмент на несколько частей, для того, чтобы он вместился в IP-пакет.

Аналогичные проблемы решаются и на сетевом уровне. Для того, чтобы избежать фрагментации, должен быть выбран соответствующий максимальный размер IP-пакета. Однако при этом должны быть приняты во внимание максимальные размеры поля данных кадров (MTU) всех протоколов канального уровня, используемых в сети. Максимальный размер сегмента не должен превышать минимальное значение на множестве всех MTU составной сети.

В протоколе TCP также, как и в UDP, для связи с прикладными процессами используются порты. Номера портам присваиваются аналогичным образом: имеются стандартные, зарезервированные номера (например, номер 21 закреплен за сервисом FTP, 23 - за telnet), а менее известные приложения пользуются произвольно выбранными локальными номерами.

Однако в протоколе TCP порты используются несколько иным способом. Для организации надежной передачи данных предусматривается установление логического соединения между двумя прикладными процессами. В рамках соединения осуществляется обязательное подтверждение правильности приема для всех переданных сообщений, и при необходимости выполняется повторная передача. Соединение в TCP позволяет вести передачу данных одновременно в обе стороны, то есть полнодуплексную передачу.

Соединение в протоколе TCP идентифицируется парой полных адресов обоих взаимодействующих процессов (оконечных точек). Адрес каждой из оконечных точек включает IP-адрес (номер сети и номер компьютера) и номер порта. Одна оконечная точка может участвовать в нескольких соединениях.

При установлении соединения одна из сторон является инициатором. Она посылает запрос к протоколу TCP на открытие порта для передачи (active open).

После открытия порта протокол TCP на стороне процесса-инициатора посылает запрос процессу, с которым требуется установить соединение.

Протокол TCP на приемной стороне открывает порт для приема данных (passive open) и возвращает квитанцию, подтверждающую прием запроса.

Для того чтобы передача могла вестись в обе стороны, протокол на приемной стороне также открывает порт для передачи (active port) и также передает запрос к противоположной стороне.

Сторона-инициатор открывает порт для приема и возвращает квитанцию. Соединение считается установленным. Далее происходит обмен данными в рамках данного соединения.

Сообщения протокола TCP называются сегментами и состоят из заголовка и блока данных.

Порт источника (SOURS PORT) занимает 2 байта, идентифицирует процесс-отправитель;

Порт назначения (DESTINATION PORT) занимает 2 байта, идентифицирует процесс-получатель;

Последовательный номер (SEQUENCE NUMBER) занимает 4 байта, указывает номер байта, который определяет смещение сегмента относительно потока отправляемых данных;

Подтвержденный номер (ACKNOWLEDGEMENT NUMBER) занимает 4 байта, содержит максимальный номер байта в полученном сегменте, увеличенный на единицу; именно это значение используется в качестве квитанции;

Длина заголовка (HLEN) занимает 4 бита, указывает длину заголовка сегмента TCP, измеренную в 32-битовых словах. Длина заголовка не фиксирована и может изменяться в зависимости от значений, устанавливаемых в поле Опции;

Резерв (RESERVED) занимает 6 битов, поле зарезервировано для последующего использования;

Кодовые биты (CODE BITS) занимают 6 битов, содержат служебную информацию о типе данного сегмента, задаваемую установкой в единицу соответствующих бит этого поля:

URG - срочное сообщение;

ACK - квитанция на принятый сегмент;

PSH - запрос на отправку сообщения без ожидания заполнения буфера;

RST - запрос на восстановление соединения;

SYN - сообщение используемое для синхронизации счетчиков переданных данных при установлении соединения;

FIN - признак достижения передающей стороной последнего байта в потоке передаваемых данных.

Окно (WINDOW) занимает 2 байта, содержит объявляемое значение размера окна в байтах;

Контрольная сумма (CHECKSUM) занимает 2 байта, рассчитывается по сегменту;

Указатель срочности (URGENT POINTER) занимает 2 байта, используется совместно с кодовым битом URG, указывает на конец данных, которые необходимо срочно принять, несмотря на переполнение буфера;

Опции (OPTIONS) - это поле имеет переменную длину и может вообще отсутствовать, максимальная величина поля 3 байта; используется для решения вспомогательных задач, например, при выборе максимального размера сегмента;

Заполнитель (PADDING) может иметь переменную длину, представляет собой фиктивное поле, используемое для доведения размера заголовка до целого числа 32-битовых слов.

1.2 Волоконно-оптические линии связи

Волоконно-оптические линии связи - это вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно".

Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Основания так считать вытекают из ряда особенностей, присущих оптическим волноводам.

Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой частотой несущей (Fo=10**14 Гц). Это означает, что по оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка 10**12 бит/с или Терабит/с. Скорость передачи данных может быть увеличена за счет передачи информации сразу в двух направлениях, так как световые волны могут распространяться в одном волокне независимо друг от друга. Кроме того, в оптическом волокне могут распространяться световые сигналы двух разных поляризаций, что позволяет удвоить пропускную способность оптического канала связи. На сегодняшний день предел по плотности передаваемой информации по оптическому волокну не достигнут.

Сигнал имеет очень малое (по сравнению с другими средами) затухание светового сигнала в волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0.22 дБ/км на длине волны 1.55 мкм, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов. Для сравнения, лучшее волокно Sumitomo на длине волны 1.55 мкм имеет затухание 0.154 дБ/км. В оптических лабораториях США разрабатываются еще более "прозрачные", так называемые фторцирконатные волокна с теоретическим пределом порядка 0,02 дБ/км на длине волны 2.5 мкм. Лабораторные исследования показали, что на основе таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными участками через 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.

Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди. Оптические волокна имеют диаметр около 100 мкм., то есть очень компактны и легки. Стеклянные волокна - не металл, при строительстве систем связи автоматически достигается гальваническая развязка сегментов. Применяя особо прочный пластик, на кабельных заводах изготавливают самонесущие подвесные кабели, не содержащие металла и тем самым безопасные в электрическом отношении. Такие кабели можно монтировать на мачтах существующих линий электропередач, как отдельно, так и встроенные в фазовый провод, экономя значительные средства на прокладку кабеля через реки и другие преграды.

Системы связи на основе оптических волокон устойчивы к электромагнитным помехам, а передаваемая по световодам информация защищена от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические линии связи нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно могут быть зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии. Теоретически существуют способы обойти защиту путем мониторинга, но затраты на реализацию этих способов будут столь велики, что превзойдут стоимость перехваченной информации.

Существует способ скрытой передачи информации по оптическим линиям связи. При скрытой передаче сигнал от источника излучения модулируется не по амплитуде, как в обычных системах, а по фазе. Затем сигнал смешивается с самим собой, задержанным на некоторое время, большее, чем время когерентности источника излучения. При таком способе передачи информация не может быть перехвачена амплитудным приемником излучения, так как он зарегистрирует лишь сигнал постоянной интенсивности. Для обнаружения перехватываемого сигнала понадобится перестраиваемый интерферометр Майкельсона специальной конструкции. Причем, видность интерференционной картины может быть ослаблена как 1:2N, где N - количество сигналов, одновременно передаваемых по оптической системе связи. Можно распределить передаваемую информацию по множеству сигналов или передавать несколько шумовых сигналов, ухудшая этим условия перехвата информации. Потребуется значительный отбор мощности из волокна, чтобы несанкционированно принять оптический сигнал, а это вмешательство легко зарегистрировать системами мониторинга.

Важное свойство оптического волокна - долговечность. Время жизни волокна, то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах, превышает 25 лет, что позволяет проложить оптико-волоконный кабель один раз и, по мере необходимости, наращивать пропускную способность канала путем замены приемников и передатчиков на более быстродействующие.

Недостатки технологии заключаются том что, при создании линии связи требуются высоконадежные активные элементы, преобразующие электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы. Необходимы также оптические коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение. Точность изготовления таких элементов линии связи должна соответствовать длине волны излучения, то есть погрешности должны быть порядка доли микрона. Поэтому производство таких компонентов оптических линий связи очень дорогостоящее.

Другой недостаток заключается в том, что для монтажа оптических волокон требуется прецизионное, а потому дорогое, технологическое оборудование. Как следствие, при аварии (обрыве) оптического кабеля затраты на восстановление выше, чем при работе с медными кабелями.

Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) настолько значительны, что несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, эти линии связи все шире используются для передачи информации.

Промышленность многих стран освоила выпуск широкой номенклатуры изделий и компонентов ВОЛС. Следует заметить, что производство компонентов ВОЛС, в первую очередь оптического волокна, отличает высокая степень концентрации. Большинство предприятий сосредоточено в США. Обладая главными патентами, американские фирмы (в первую очередь это относится к фирме "CORNING") оказывают влияние на производство и рынок компонентов ВОЛС во всем мире, благодаря заключению лицензионных соглашений с другими фирмами и созданию совместных предприятий.

Важнейший из компонентов ВОЛС - оптическое волокно. Для передачи сигналов применяются два вида волокна: одномодовое и многомодовое. Свое название волокна получили от способа распространения излучения в них. Волокно состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления n1 и n2. В одномодовом волокне диаметр световодной жилы порядка 8-10 мкм, то есть сравним с длиной световой волны. При такой геометрии в волокне может распространяться только один луч (одна мода). В многомодовом волокне размер световодной жилы порядка 50-60 мкм, что делает возможным распространение большого числа лучей (много мод). Оба типа волокна характеризуются двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией.

Затухание обычно измеряется в дБ/км и определяется потерями на поглощение и на рассеяние излучения в оптическом волокне. Потери на поглощение зависят от чистоты материала, потери на рассеяние зависят от неоднородностей показателя преломления материала. Затухание зависит от длины волны излучения, вводимого в волокно. В настоящее время передачу сигналов по волокну осуществляют в трех диапазонах: 0.85 мкм, 1.3 мкм, 1.55 мкм, так как именно в этих диапазонах кварц имеет повышенную прозрачность.

Другой важнейший параметр оптического волокна - дисперсия. Дисперсия - это рассеяние во времени спектральных и модовых составляющих оптического сигнала. Существуют три типа дисперсии: модовая, материальная и волноводная. Модовая дисперсия присуща многомодовому волокну и обусловлена наличием большого числа мод, время распространения которых различно. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны. Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью скорости распространения моды от длины волны. Поскольку светодиод или лазер излучает некоторый спектр длин волн, дисперсия приводит к уширению импульсов при распространению по волокну и тем самым порождает искажения сигналов. При оценке пользуются термином "полоса пропускания" - это величина, обратная к величине уширения импульса при прохождении им по оптическому волокну расстояния в 1 км. Измеряется полоса пропускания в МГц*км. Из определения полосы пропускания видно, что дисперсия накладывает ограничение на дальность передачи и на верхнюю частоту передаваемых сигналов.

Если при распространении света по многомодовому волокну как правило преобладает модовая дисперсия, то одномодовому волокну присущи только два последних типа дисперсии. На длине волны 1.3 мкм материальная и волноводная дисперсии в одномодовом волокне компенсируют друг друга, что обеспечивает наивысшую пропускную способность.

Затухание и дисперсия у разных типов оптических волокон различны. Одномодовые волокна обладают лучшими характеристиками по затуханию и по полосе пропускания, так как в них распространяется только один луч. Однако, одномодовые источники излучения в несколько раз дороже многомодовых. В одномодовое волокно труднее ввести излучение из-за малых размеров световодной жилы, по этой же причине одномодовые волокна сложно сращивать с малыми потерями. Оконцевание одномодовых кабелей оптическими разъемами также обходится дороже.

Многомодовые волокна более удобны при монтаже, так как в них размер световодной жилы в несколько раз больше, чем в одномодовых волокнах. Многомодовый кабель проще оконцевать оптическими разъемами с малыми потерями (до 0.3 dB) в стыке. На многомодовое волокно расчитаны излучатели на длину волны 0.85 мкм - самые доступные и дешевые излучатели, выпускаемые в очень широком ассортименте. Но затухание на этой длине волны у многомодовых волокон находится в пределах 3-4 dB/км и не может быть существенно улучшено. Полоса пропускания у многомодовых волокон достигает 800 МГц*км, что приемлемо для локальных сетей связи, но не достаточно для магистральных линий.

Вторым важнейшим компонентом, определяющим надежность и долговечность ВОЛС, является волоконно-оптический кабель (ВОК). На сегодня в мире несколько десятков фирм, производящих оптические кабели различного назначения. Наиболее известные из них: AT&T, General Cable Company (США); Siecor (ФРГ); BICC Cable (Великобритания); Les cables de Lion (Франция); Nokia (Финляндия); NTT, Sumitomo (Япония), Pirelli(Италия). Определяющими параметрами при производстве ВОК являются условия эксплуатации и пропускная способность линии связи. По условиям эксплуатации кабели подразделяют на:

- монтажные

- станционные

- зоновые

- магистральные

Первые два типа кабелей предназначены для прокладки внутри зданий и сооружений. Они компактны, легки и, как правило, имеют небольшую строительную длину. Кабели последних двух типов предназначены для прокладки в колодцах кабельных коммуникаций, в грунте, на опорах вдоль ЛЭП, под водой. Эти кабели имеют защиту от внешних воздействий и строительную длину более двух километров.

Для обеспечения большой пропускной способности линии связи производятся ВОК, содержащие небольшое число (до 8) одномодовых волокон с малым затуханием, а кабели для распределительных сетей могут содержать до 144 волокон как одномодовых, так и многомодовых, в зависимости от расстояний между сегментами сети.

При изготовлении ВОК в основном используются два подхода:

- конструкции со свободным перемещением элементов

- конструкции с жесткой связью между элементами

По видам конструкций различают кабели повивной скрутки, пучковой скрутки, кабели с профильным сердечником, а также ленточные кабели. Существуют многочисленные комбинации конструкций ВОК, которые в сочетании большим ассортиментом применяемых материалов позволяют выбрать исполнение кабеля, наилучшим образом удовлетворяющее всем условиям проекта, в том числе - стоимостным. Особый класс образуют кабели, встроенные в грозотрос.

Сращивание строительных длин оптических кабелей производится с использованием кабельных муфт специальной конструкции. Эти муфты имеют два или более кабельных ввода, приспособления для крепления силовых элементов кабелей и одну или несколько сплайс-пластин. Сплайс-пластина - это конструкция для укладки и закрепления сращиваемых волокон разных кабелей.

После того, как оптический кабель проложен, необходимо соединить его с приемо-передающей аппаратурой. Сделать это можно с помощью оптических коннекторов (соединителей). В системах связи используются коннекторы многих видов. Рассмотрим лишь основные виды, получившие наибольшее распространение в мире. Внешний вид разъемов показан на рисунке. Характеристики коннекторов представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Характеристики оптических коннеторов

Фиксация "Push-Pull" обеспечивает подключение коннектора к розетке наиболее простым образом - на защелке. Защелка-фиксатор обеспечивает надежное соединение, при этом не нужно вращать накидную гайку. Важное преимущество разъемов с фиксацией Push-Pull - это высокая плотность монтажа оптических соединителей на распределительных и кроссовых панелях и удобство подключения.

1.3 Технологии DSL

Увеличение потоков информации, передаваемых по сети Интернет компаниями и частными пользователями, а также потребность в организации удаленного доступа к корпоративным сетям, породили потребность в создании недорогих технологий цифровой высокоскоростной передачи данных по самому «узкому» месту цифровой сети — абонентской телефонной линии. Технологии DSL позволяют значительно увеличить скорость передачи данных по медным парам телефонных проводов без необходимости модернизации абонентских телефонных линий. Именно возможность преобразования существующих телефонных линий в высокоскоростные каналы передачи данных и является главным преимуществом технологий DSL.

Сокращение DSL расшифровывается как Digital Subscriber Line (цифровая абонентская линия). DSL является достаточно новой технологией, позволяющей значительно расширить полосу пропускания старых медных телефонных линий, соединяющих телефонные станции с индивидуальными абонентами. Любой абонент, пользующийся в настоящий момент обычной телефонной связью, имеет возможность с помощью технологии DSL значительно увеличить скорость своего соединения, например, с сетью Интернет. Следует помнить, что для организации линии DSL используются именно существующие телефонные линии; данная технология хороша тем, что не требует прокладывания дополнительных телефонных кабелей. В результате возможно получить круглосуточный доступ в сеть Интернет с сохранением нормальной работы обычной телефонной связи. Благодаря многообразию технологий DSL пользователь может выбрать подходящую именно ему скорость передачи данных — от 32 Кбит/с до более чем 50 Мбит/с. Данные технологии позволяют также использовать обычную телефонную линию для таких широкополосных систем, как видео по запросу или дистанционное обучение. Современные технологии DSL приносят возможность организации высокоскоростного доступа в Интернет в каждый дом или на каждое предприятие среднего и малого бизнеса, превращая обычные телефонные кабели в высокоскоростные цифровые каналы. Причем скорость передачи данных зависит только от качества и протяженности линии, соединяющих пользователя и провайдера. При этом провайдеры обычно дают возможность пользователю самому выбрать скорость передачи, наиболее соответствующую его индивидуальным потребностям.

Телефонный аппарат, установленный дома или в офисе, соединяется с оборудованием телефонной станции с помощью витой пары медных проводов. Традиционная телефонная связь предназначена для обычных телефонных разговоров с другими абонентами телефонной сети. При этом по сети передаются аналоговые сигналы. Телефонный аппарат воспринимает акустические колебания (являющиеся естественным аналоговым сигналом) и преобразует их в электрический сигнал, амплитуда и частота которого постоянно изменяется. Так как вся работа телефонной сети построена на передаче аналоговых сигналов, проще всего, конечно же, использовать для передачи информации между абонентами или абонентом и провайдером именно такой метод. Именно поэтому приходится использовать модем, который позволяет демодулировать аналоговый сигнал и превратить его в последовательность нулей и единиц цифровой информации, воспринимаемой компьютером.

При передаче аналоговых сигналов используется только небольшая часть полосы пропускания витой пары медных телефонных проводов; при этом максимальная скорость передачи, которая может быть достигнута с помощью обычного модема, составляет около 56 Кбит/с. DSL представляет собой технологию, которая исключает необходимость преобразования сигнала из аналоговой формы в цифровую форму и наоборот. Цифровые данные передаются на ваш компьютер именно как цифровые данные, что позволяет использовать гораздо более широкую полосу частот телефонной линии. При этом существует возможность одновременно использовать и аналоговую телефонную связь, и цифровую высокоскоростную передачу данных по одной и той же линии, разделяя спектры этих сигналов.

Различные типы технологий DSL и краткое описание их работы
DSL представляет собой набор различных технологий, позволяющих организовать цифровую абонентскую линию. Для того, чтобы понять данные технологии и определить области их практического применения, следует понять, чем эти технологии различаются. Прежде всего, всегда следует учитывать соотношение между расстоянием, на которое передается сигнал, и скоростью передачи данных, а также разницу в скоростях передачи «нисходящего» (от сети к пользователю) и «восходящего» (от пользователя в сеть) потока данных.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line — асимметричная цифровая абонентская линия). Данная технология является асимметричной, то есть скорость передачи данных от сети к пользователю значительно выше, чем скорость передачи данных от пользователя в сеть. Такая асимметрия, в сочетании с состоянием «постоянно установленного соединения» (когда исключается необходимость каждый раз набирать телефонный номер и ждать установки соединения), делает технологию ADSL идеальной для организации доступа в сеть Интернет, доступа к локальным сетям. При организации таких соединений пользователи обычно получают гораздо больший объем информации, чем передают. Технология ADSL обеспечивает скорость «нисходящего» потока данных в пределах от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с и скорость «восходящего» потока данных от 640 Кбит/с до 1,5 Мбит/с. ADSL позволяет передавать данные со скоростью 1,54 Мбит/с на расстояние до 5,5 км по одной витой паре проводов. Скорость передачи порядка 6 — 8 Мбит/с может быть достигнута при передаче данных на расстояние не более 3,5 км по проводам диаметром 0,5 мм.

R-ADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия с адаптацией скорости соединения). Технология R-ADSL обеспечивает такую же скорость передачи данных, что и технология ADSL, но при этом позволяет адаптировать скорость передачи к протяженности и состоянию используемой витой пары проводов. При использовании технологии R-ADSL соединение на разных телефонных линиях будет иметь разную скорость передачи данных. Скорость передачи данных может выбираться при синхронизации линии, во время соединения или по сигналу, поступающему от станции.

G.Lite (ADSL.Lite) представляет собой более дешёвый и простой в установке вариант технологии ADSL, обеспечивающий скорость «нисходящего» потока данных до 1,5 Мбит/с и скорость «восходящего» потока данных до 512 Кбит/с или по 256 Кбит/с в обоих направлениях.

IDSL (ISDN Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия IDSN)
Технология IDSL обеспечивает полностью дуплексную передачу данных на скорости до 144 Кбит/с. В отличие от ADSL возможности IDSL ограничиваются только передачей данных. Несмотря на то, что IDSL, также как и ISDN, использует модуляцию 2B1Q, между ними имеется ряд отличий. В отличие от ISDN линия IDSL является некоммутируемой линией, не приводящей к увеличению нагрузки на коммутационное оборудование провайдера. Также линия IDSL является «постоянно включенной» (как и любая линия, организованная с использованием технологии DSL), в то время как ISDN требует установки соединения.

HDSL (High Bit-Rate Digital Subscriber Line — высокоскоростная цифровая абонентская линия). Технология HDSL предусматривает организацию симметричной линии передачи данных, то есть скорости передачи данных от пользователя в сеть и из сети к пользователю равны. Благодаря скорости передачи (1,544 Мбит/с по двум парам проводов и 2,048 Мбит/с по трем парам проводов) телекоммуникационные компании используют технологию HDSL в качестве альтернативы линиям T1/E1. (Линии Т1 используются в Северной Америке и обеспечивают скорость передачи данных 1,544 Мбит/с, а линии Е1 используются в Европе и обеспечивают скорость передачи данных 2,048 Мбит/с.) Хотя расстояние, на которое система HDSL передает данные (а это порядка 3,5 — 4,5 км), меньше, чем при использовании технологии ADSL, для недорогого, но эффективного, увеличения длины линии HDSL телефонные компании могут установить специальные повторители. Использование для организации линии HDSL двух или трех витых пар телефонных проводов делает эту систему идеальным решением для соединения УАТС, серверов Интернет, локальных сетей и т.п. Технология HDSL2 является логическим результатом развития технологии HDSL. Данная технология обеспечивает характеристики, аналогичные технологии HDSL, но при этом использует только одну пару проводов.

SDSL (Single Line Digital Subscriber Line — однолинейная цифровая абонентская линия). Также как и технология HDSL, технология SDSL обеспечивает симметричную передачу данных со скоростями, соответствующими скоростям линии Т1/Е1, но при этом технология SDSL имеет два важных отличия. Во-первых, используется только одна витая пара проводов, а во-вторых, максимальное расстояние передачи ограничено 3 км. В пределах этого расстояния технология SDSL обеспечивает, например, работу системы организации видеоконференций, когда требуется поддерживать одинаковые потоки передачи данных в оба направления. В определенном смысле технология SDSL является предшественником технологии HDSL2.

VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line — сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия). Технология VDSL является наиболее «быстрой» технологией xDSL. Она обеспечивает скорость передачи данных «нисходящего» потока в пределах от 13 до 52 Мбит/с, а скорость передачи данных «восходящего» потока в пределах от 1,5 до 2,3 Мбит/с, причем по одной витой паре телефонных проводов. В симметричном режиме поддерживаются скорости до 26 Мбит/с. Технология VDSL может рассматриваться как экономически эффективная альтернатива прокладыванию волоконно-оптического кабеля до конечного пользователя. Однако, максимальное расстояние передачи данных для этой технологии составляет от 300 метров до 1300 метров. То есть, либо длина абонентской линии не должна превышать данного значения, либо оптоволоконный кабель должен быть подведен поближе к пользователю (например, заведен в здание, в котором находится много потенциальных пользователей). Технология VDSL может использоваться с теми же целями, что и ADSL; кроме того, она может использоваться для передачи сигналов телевидения высокой четкости (HDTV), видео по запросу.

Технологии DSL, позволяющие передавать голос, данные и видеосигнал по существующей кабельной сети, состоящей из витых пар телефонных проводов, наилучшим образом отражают потребность пользователей в высокоскоростных системах передачи. Во-первых, технологии DSL обеспечивают высокую скорость передачи данных. Различные варианты технологий DSL обеспечивают различную скорость передачи данных, но в любом случае эта скорость гораздо выше скорости самого быстрого аналогового модема. Во-вторых, технологии DSL оставляют возможность пользоваться обычной телефонной связью, несмотря на то, что используют для своей работы абонентскую телефонную линию.

1.3.1 Технология ADSL

Наиболее удобной, и пользующееся наибольшей популярностью для подключения домашних сетей к Интернет, является технология ADSL. Технология ADSL была разработана для обеспечения высокоскоростного доступа к интерактивным видеослужбам и не менее быстрой передачи данных (доступ в Интернет, удаленный доступ к ЛВС и другим сетям).

Прежде всего, ADSL является технологией, позволяющей превратить витую пару телефонных проводов в тракт высокоскоростной передачи данных. Линия ADSL соединяет два модема ADSL, которые подключены к каждому концу витой пары телефонного кабеля. При этом организуются три информационных канала — «нисходящий» поток передачи данных, «восходящий» поток передачи данных и канал обычной телефонной связи (POTS). Канал телефонной связи выделяется с помощью фильтров, что гарантирует работу телефона даже при аварии соединения ADSL.

Для сжатия большого объема информации, передаваемой по витой паре телефонных проводов, в технологии ADSL используется цифровая обработка сигнала и специально созданные алгоритмы, усовершенствованные аналоговые фильтры и аналого-цифровые преобразователи. Телефонные линии большой протяженности могут ослабить передаваемый высокочастотный сигнал (например, на частоте 1 МГц, что является обычной скоростью передачи для ADSL) на величину до 90 дБ. Это заставляет аналоговые системы модема ADSL работать с достаточно большой нагрузкой, позволяющей иметь большой динамический диапазон и низкий уровень шумов. На первый взгляд система ADSL достаточно проста — создаются каналы высокоскоростной передачи данных по обычному телефонному кабелю. Но, если детально разобраться в работе ADSL, можно понять, что данная система относится к достижениям современной технологии.

Технология ADSL использует метод разделения полосы пропускания медной телефонной линии на несколько частотных полос (также называемых несущими). Это позволяет одновременно передавать несколько сигналов по одной линии. Точно такой же принцип лежит в основе кабельного телевидения, когда каждый пользователь имеет специальный преобразователь, декодирующий сигнал и позволяющий видеть на экране телевизора футбольный матч или увлекательный фильм. При использовании ADSL разные несущие одновременно переносят различные части передаваемых данных. Этот процесс известен как частотное уплотнение линии связи (Frequency Division Multiplexing — FDM). При FDM один диапазон выделяется для передачи «восходящего» потока данных, а другой диапазон для «нисходящего» потока данных. Диапазон «нисходящего» потока в свою очередь делится на один или несколько высокоскоростных каналов и один или несколько низкоскоростных каналов передачи данных. Диапазон «восходящего» потока также делится на один или несколько низкоскоростных каналов передачи данных. Кроме этого может применяться технология эхокомпенсации (Echo Cancellation), при использовании которой диапазоны «восходящего» и «нисходящего» потоков перекрываются и разделяются средствами местной эхокомпенсации. Именно таким образом ADSL может обеспечить, например, одновременную высокоскоростную передачу данных, передачу видеосигнала и передачу факса. И все это без прерывания обычной телефонной связи, для которой используется та же телефонная линия. Технология предусматривает резервирование определенной полосы частот для обычной телефонной связи (или POTS — Plain Old Telephone Service). При этом телефонный разговор можно вести одновременно с высокоскоростной передачей данных, а не выбирать одно из двух. Обеспечение такой возможности было одним из разделов оригинального плана разработки ADSL. Даже одна эта возможность дает системе ADSL значительное преимущество перед ISDN.

Одним из основных преимуществ ADSL над другими технологиями высокоскоростной передачи данных является использование самых обычных витых пар медных проводов телефонных кабелей. Совершенно очевидно, что таких пар проводов насчитывается гораздо больше, чем, например, кабелей, проложенных специально для кабельных модемов. ADSL образует, «наложенную сеть». При этом дорогостоящей и отнимающей много времени модернизации коммутационного оборудования (как это необходимо для ISDN) не требуется.

Факторами, влияющими на скорость передачи данных, являются состояние абонентской линии (диаметр проводов, наличие кабельных отводов) и ее протяженность. Затухание сигнала в линии увеличивается при увеличении длины линии и возрастании частоты сигнала, и уменьшается с увеличением диаметра провода. Фактически функциональным пределом для ADSL является абонентская линия длиной 3,5 — 5,5 км при толщине проводов 0,5 мм. В настоящее время ADSL обеспечивает скорость «нисходящего» потока данных в пределах от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с и скорость «восходящего» потока данных от 640 Кбит/с до 1,5 Мбит/с. Общая тенденция развития данной технологии обещает в будущем увеличение скорости передачи данных, особенно в «нисходящем» направлении.

Для того, чтобы оценить скорость передачи данных, обеспечиваемую технологией ADSL, необходимо сравнить ее с той скоростью, которая может быть доступна пользователям, использующим другие технологии. Аналоговые модемы позволяют передавать данные со скоростью от 14,4 до 56 Кбит/с. ISDN обеспечивает скорость передачи данных 64 Кбит/с на канал (обычно пользователь имеет доступ к двум каналам, что в сумме составляет 128 Кбит/с). Различные технологии DSL дают пользователю возможность передавать данные со скоростью 144 Кбит/с (IDSL), 1,544 и 2,048 Мбит/с (HDSL), «нисходящий» поток 1,5 — 8 Мбит/с и «восходящий» поток 640 — 1500 Кбит/с (ADSL), «нисходящий» поток 13 — 52 Мбит/с и «восходящий» поток 1,5 — 2,3 Мбит/с (VDSL). Кабельные модемы имеют скорость передачи данных от 500 Кбит/с до 10 Мбит/с (при этом следует учитывать, что полоса пропускания кабельных модемов делится между всеми пользователями, одновременно имеющими доступ к данной линии, поэтому число одновременно работающих пользователей оказывает значительное влияние на реальную скорость передачи данных каждого из них). Цифровые линии Е1 и Е3 имеют скорость передачи данных, соответственно, 2,048 Мбит/с и 34 Мбит/с.

В итоге очевидно что ADSL обладает множеством преимуществ, которые делают эту технологию крайне привлекательной для использования в сфере домашних сетей. Причем эти цифры не являются пределом. В новом стандарте ADSL 2 реализованы скорости 10 Мбит/с «нисходящего» и 1 Мбит/с «восходящего» потока при дальности до 3 км, а в технологии ADSL 2+, фигурируют скорости «нисходящего» потока в 20, 30 и 40 Мбит/с (соответственно по 2,3 и 4 парам).
Для того, чтобы подключиться к сети Интернет или к ЛВС, не нужно набирать телефонный номер. ADSL создает широкополосный канал передачи данных, используя уже существующую телефонную линию. После установки модемов ADSL получается постоянно установленное соединение. Высокоскоростной канал передачи данных всегда готов к работе.

Полоса пропускания линии принадлежит пользователю целиком. В отличие от кабельных модемов, которые допускают разделение полосы пропускания между всеми пользователями (что в значительной мере оказывает влияние на скорость передачи данных), технология ADSL предусматривает использование линии только одним пользователем. Технология ADSL позволяет полностью использовать ресурсы линии. При обычной телефонной связи используется около одной сотой пропускной способности телефонной линии. Технология ADSL устраняет этот «недостаток» и использует оставшиеся 99% для высокоскоростной передачи данных. При этом для различных функций используются различные полосы частот. Для телефонной (голосовой) связи используется область самых низких частот всей полосы пропускания линии (приблизительно до 4 кГц), а вся остальная полоса используется для высокоскоростной передачи данных. Технология ADSL эффективна с экономической точки зрения потому, что не требует прокладки специальных кабелей, а использует уже существующие двухпроводные медные телефонные линии.

1.4 Анализ конфигураций широкополосного абонентского доступа

При решении проблемы широкополосного доступа пользователей из сферы бизнеса и домашнего сектора к услугам сети с помощью технологий xDSL, кабельных модемов и беспроводных технологий, провайдеры услуг Интернет ищут оптимальные способы кофигурации доступа, которые позволили бы минимизировать затраты, связанные с модернизацией существующих инфраструктур абонентского доступа, а также упростить и ускорить процесс предоставления новых услуг.

Существует целый ряд альтернативных способов конфигурации доступа, важнейшими из которых являются следующие:

- метод доступа с использованием статической адресации IP;

- метод доступа с использованием динамической адресации IP на основе протокола DHCP (Dynamic Host Control Protocol);

- метод доступа с использованием протокола РРР (Point-to-Point Protocol) «поверх» АТМ (РРРоА);

- и метод доступа с использованием протокола PPP «поверх» Ethernet (РРРоE).

Хотя каждый из этих способов может потенциально применяться в определённых приложениях, метод РРРоE наиболее полно удовлетворяет требованиям пользователей, позволяя провайдерам услуг использовать существующее аппаратное и программное обеспечение, включая системы обеспечения доступа и оплаты услуг связи.

Рассмотрим более подробно перечисленные способы конфигурации доступа к сетевым услугам.

Способ статической IP адресации является наиболее прямым и, вместе с тем, наиболее дорогим, поскольку каждому компьютеру пользователя присваивается индивидуальный IP-адрес. Очевидно, что этот способ имеет недостаточную масштабируемость; его применение целесообразно в локальной сети, где количество компьютеров мало и не предполагается их дальнейшее увеличение. Пользователи такой сети имеют доступ практически к любым сетевым услугам, поскольку эта архитектура доступа не поддерживает процедуры аутентификации пользователя, т.е. адресации невозможны. Кроме того, эта архитектура доступа сложна для выполнения на клиентской стороне, требуя сложного процесса конфигурации для каждого персонального компьютера, обеспечивающего широкополосный доступ.

Поскольку каждая статическая IP адресация требует жёсткой конфигурации для каждого персонального компьютера, возможные модификации сети затруднены, а вся архитектура требует существенных затрат на инсталлирование и неудобна при установке режимов. Однако для пользователей из сферы бизнеса, имеющих достаточные финансовые возможности, наличие постоянного доступа в Интернет является хорошим вариантом. Вместе с тем, что при использовании статической адресации для пользователей домашнего сектора возможности роста, предоставления дополнительных услуг, а также получения доходов ограничены.

Следующая архитектура, основанная на протоколе динамического распределения адресов DHCP (Dynamic Host Configuration/Control), выгодно отличается от статической адресации прежде всего своей гибкостью, поскольку она опирается на использование серверов DHCP, которые автоматически приписывают IP адреса и конфигурируют доступ персонального компьютера к сети прозрачно для пользователей. Поэтому предоставление широкополосных услуг с помощью DHCP оказывается более простым, чем в случае применения статической адресации. Кроме того, DHCP позволяет выполнять централизованно изменения в сети.

Способ DHCP лучше подходит для достаточно крупной сети. Когда пользовательский персональный компьютер, использующий протокол DHCP, выходит в сеть, он инициирует процесс получения лицензии DHCP. Сервер DHCP выдаёт разрешение на использование адресов IP в течение определённого времени, называемого временем аренды lease duration (это время может быть, в частности, и неограниченным).

Однако подобно статической адресации, способ DHCP неспособен аутентифицировать конечных пользователей и поэтому при этом способе возможно применение только метода постоянной оплаты пользователем сетевых услуг. Устранение этого недостатка архитектуры DHCP возможно только путём добавления сетевым провайдером собственного, как правило, достаточно сложного программного обеспечения.

При этом способ DHCP в сочетании с указанной дополнительной программой является чрезвычайно сложным, поскольку он требует организации интерфейсов в реальном масштабе времени между сервером DHCP, сервером аутентификации пользователей RADIUS (Remote Authentication Dial In User Service), сервером широкополосного доступа BRAS (Broadband Remote Access Server) и сервером биллинга (т.е., расчёта оплаты услуг связи). Кроме трудности исполнения, этот способ требует также выполнения дополнительных эксплуатационных и административных условий, поскольку необходимо тесно интегрировать множество различных приложений, чтобы сделать процедуру аутентификации успешной. Но даже в случае нормальной работы этого способа остаётся ещё возможность несанкционированного доступа в сеть до момента начала процедуры аутентификации.

Все рассмотренные выше механизмы конфигурирования конечных пользователей требуют сложных подготовительных операций и ограничены возможностью установления соединения одновременно только с одним провайдером услуг.

3. РРР

Поэтому реально наибольшее применение уже более десяти лет нашла архитектура, основанная на применении протокола PPP (Point-to-Point Protocol), требующего подтверждения пользователем его пароля перед началом процесса конфигурирования сети. Таким образом, органичной особенностью этого способа является встроенная процедура аутентификации, позволяющая корректно отслеживать время предоставления и оплату сетевых услуг. Эта архитектура уже более 10 лет успешно используется десятками миллионов пользователей в качестве основной в системе коммутируемого абонентского соединения (dial-up networking) через телефонную сеть общего пользования (ТФОП). Благодаря встроенным универсальным механизмам идентификации пользователя и расчёта стоимости предоставляемых услуг (известным также под названием функций ААА (Authentication, Authorization, Accounting) не требуется изменений существующих серверов баз данных при добавлении новых услуг (в том числе и услуг, предоставляемых технологиями xDSL). Иными словами, архитектура РРР позволяет провайдерам услуг Интернет защитить прошлые инвестиции уже при создании новых широкополосных услуг с целью привлечения новых пользователей на отличающемся сильной конкуренцией рынке услуг связи.

Протокол PPP может выполняться двумя способами:

1. PPP «поверх» («over») АТМ (PPРoA);

2. PPP «поверх» («over») Ethernet (P Р PoE).

Ключевое преимущество РPPoA — это способность обеспечения заданного качества услуг QoS (и в первую очередь максимально допустимого времени задержки и гарантированной пропускной способности для всего соединения). Однако этот метод требует применения элементов технологии ATM в персональном компьютере пользователя, что увеличивает цену последнего и сложность организации широкополосных услуг, поскольку интерфейсные карты АТМ достаточно сложны и не всегда совместимы с настольной операционной системой. Однако даже при наличии такой совместимости требуются ещё дополнительные драйверы конфигурирования. Кроме того, для полного использования преимуществ архитектуры РPPoA необходимы коммутируемые виртуальные каналы SVCs, которые пока ещё не получили широкого распространения на сети. И, наконец, программное обеспечение РPPoA предусмотрено далеко не для всех платформ: так, оно не поддерживается домашними LAN, а также кабельным и беспроводным доступом.

Основное достоинство метода РРРоЕ заключается в использовании двух широко распространённых стандартизованных сетевых структур, которыми являются стек протоколов РРР и локальная сеть Ethernet, что требует минимальных изменений существующей инфраструктуры сети доступа (оборудования, операционных систем и т.д.) определяет минимальные затраты и минимальное время развёртывания новых широкополосных сетевых услуг. Указанные факторы важны как для операторов связи и провайдеров сетевых услуг, так и для пользователей. Для последних особенно важно то, что процедура доступа к новым сетевым услугам остаётся для них практически той же, что и при прежнем доступе, например, к Интернет с помощью аналоговых модемов ТФОП.

Ключевым достоинством способа РРРоЕ является упрощение многопользовательской инсталляции линий доступа xDSL: протокол РРРоЕ идеально подходит для индивидуальных пользователей, имеющих несколько персональных компьютеров, которые объединены в домашнюю локальную сеть, а также малых и домашних офисов. Совместно используемая несколькими пользователями сеть Ethernet при способе РРРоЕ очень похожа на одновременный доступ нескольких индивидуальных пользователей коммутируемой ТФОП к услугам Интернет с помощью аналоговых модемов. При способе PPPoE для организации одновременного широкополосного доступа нескольких пользователей локальной сети Ethernet принципиально достаточно одного постоянного виртуального канала РVС.

Очевидна ограниченность необходимых изменений сети доступа при переходе от традиционного доступа к широкополосному с использованием метода PPPoE, который обеспечивает управление доступом и функции выставления счёта за предоставленные услуги связи способом, используемым в стеке протокола РРР для коммутируемых соединений ТФОП и ISDN. Причём управление доступом, выбор типа услуги и функции билинга выполняются для каждого пользователя, а не объекта в целом.

По сравнению с PPРoA, инфраструктура PPРoE проста: после установления соединения циклы РРР транспортируются внутри циклов Ethernet вместе со специальным служебным заголовком (a shim header), обеспечивающим мультиплексирование сеансов связи.

Важно также отметить, что метод РРРоЕ не зависит от типа технологии доступа. Хотя выше упоминались лишь технологии доступа типа xDSL, способ РРРоЕ с таким же успехом применим к таким методам доступа, как кабельные модемы, системы беспроводного доступа и комбинированные медно-оптические системы типа FTTC.

У метода РРРоЕ есть ещё одно полезное свойство, которое предоставляет конечным пользователям право выбора типа сетевой услуги. Эту функцию часто называют функцией дополнительного выбора услуги. Она позволяет конечным пользователям изменять адресат сети по требованию (точно так же, как это можно делать в случае доступа с помощью традиционных аналоговых модемов) и даже иметь множество сеансов связи с разными сетями связи одновременно из одного помещения пользователя СРЕ через единственную линию доступа xDSL.

Провайдеры сетевых услуг могут эффективно перепродавать многочисленные виртуальные соединения, каждое со своими свойствами, индивидуальному пользователю или разным пользователям того же самого сегмента Ethernet. Днём пользователем может быть, например, надомный работник, чьи счета за услуги связи оплачиваются его корпорацией, а ночью пользователем того же соединения может быть тот же пользователь, использующий его для индивидуального доступа к Интернет и, следовательно, сам оплачивающий эту услугу. При этом доступ к каждой из указанных услуг естественно регламентируется собственным идентификатором. Этот процесс столь же прост, как и регистрация пользователя аналогового модема в сети Интернет. Причём провайдер услуг управляет обоими счетами через базу данных одного сервера RADIUS.

Следует особо обратить внимание на то, что опираясь на способ РРРоЕ и систему динамического выбора услуги и используя систему управления абонентским доступом можно практически обеспечить в одной сети доступа лучшие свойства выделенной и коммутируемой линий — высокую пропускную способность и «выделенность» соединения первой с гибкостью и низкой платой за услуги второй.

Однако протокол PPPoE не универсален и занимает лишь свою нишу во всём многообразии структур широкополосного доступа: будучи превосходным решением для малых локальных сетей типа Ethernet, он не может быть признан удовлетворительным, например, для сетей кампусов (больших комплексов административных, университетских зданий и др), больших удалённых офисов и мультипротокольных сетей, требования которых к услугам широкополосного доступа очень многообразны.

Метод РPPoE требует также применения стороннего клиентского программного обеспечения. Этот недостаток является одновременно и сильной стороной этого метода, поскольку позволяет провайдерам управлять предоставляемыми услугами и защищать их способом, который иначе был бы невозможен. Поскольку они не являются собственниками инфрастуктуры или не управляют оборудованием помещения пользователя СРЕ, единственным путём для этих операторов связи является организация услуг с помощью этого стороннего программного обеспечения, которым они управляют и которым они обеспечивают пользователей.

Кроме того, стороннее клиентское программное обеспечение, о котором идёт речь, имеет ряд преимуществ как для пользователя, так и для провайдера услуг по сравнению с драйверами, связанными с операционными системами метода РPPoA. Главными из этих преимуществ являются возможности управления и диагностики, позволяющие идентифицировать возникающие эксплуатационные проблемы и предложить способы их автоматического разрешения. Эти данные должны помочь эксплуатационному персоналу также существенно сократить время, необходимое для решения проблем, возникающих у пользователей.

1.5 Подготовка кабельной сети к развертыванию xDSL

Два обычных элемента телефонных кабельных линий — пупиновские катушки и кабельные отводы — являются наиболее частыми причинами невозможности использования определенной телефонной линии для высокоскоростной передачи данных. Поэтому для организации цифровой передачи данные элементы должны быть удалены или модифицированы. Ключом к упрощению подготовки кабельной сети для высокоскоростной передачи данных является проведение последовательности проверок, которые позволят оценить качество линии и обнаружить любые потенциальные проблемы.

Необходимо точно и аккуратно измерить полную длину линии. Все технологии DSL весьма чувствительны к длине используемой линии. Пропускная способность линии DSL обратно пропорциональна длине абонентской линии. Так же, стоит проверить электрическую непрерывность выбранной пары проводов. Для того, чтобы квалифицировать линию, как пригодную для высокоскоростной передачи данных, обязательно необходимо убедиться в отсутствии пупиновских катушек. Пупиновские катушки блокируют передачу по любой линии DSL, потому что значительно сужают ее полосу пропускания. Длина кабельных отводов влияет на характеристики каждой технологии DSL по-разному. Поэтому при подготовке линии желательно определить общую длину всех имеющихся кабельных отводов. Существуют и другие проблемы, которые также свойственны телефонным абонентским линиям. Это потери в линии, непреднамеренное скрещивание проводов и т.д.

Современная аппаратура передачи данных, эффективно используемая на существующих кабельных сетях, требует не менее современной и, желательно, не менее эффективной проверочной аппаратуры. Для проведения упомянутых выше (и описанных ниже) проверок могут использоваться, например, тональные генераторы и пробники, измерители расстояния до обрыва проводки и, конечно же, рефлектометры. Последние являются достаточно универсальными приборами, которые позволяют решить практически все проблемы, связанные с подготовкой абонентской линии для использования технологии DSL.

Конструктивные особенности и принцип работы данного прибора позволяют выявить все неисправности проверяемой линии и обнаружить те элементы, которые воспрепятствуют нормальной высокоскоростной передаче данных по этой конкретной линии.

Проверка электропроводности проводов. Достаточно большой процент линий может иметь совершенно не идеальную электропроводность. Стоит использовать тональные генераторы и пробники, а еще лучше рефлектометр, который позволит увидеть на дисплее все места неоднородности импеданса линии.

Максимальная допустимая длина абонентской линии зависит от используемой технологии DSL. Технология ADSL относится именно к тем технологиям, качество обслуживания и скорость передачи данных которых уменьшаются с увеличением расстояния передачи. На их работу оказывает влияние реальная длина кабеля, диаметр используемых проводов, наличие кабельных отводов, а также перекрестные помехи от других пар кабеля, называемые в телефонии «переходными разговорами».

Реальная длина абонентской линии может быть измерена, например, с помощью мультиметра или рефлектометра. Лучше использовать различные методы измерения и сравнить полученные результаты. С помощью мультиметра можно измерить емкость линии, разомкнутой на дальнем конце.

Оценить длину абонентской линии можно и по ее удельному сопротивлению, которое зависит от типа кабеля, сечения проводов, а также температуры. Измерив сопротивления пары кабеля, замкнутой на дальнем конце, с помощью того же мультиметра, можно рассчитать приблизительную длину линии.
При измерении длины линии с помощью рефлектометра линия также должна быть разомкнута на дальнем конце. К сожалению не всякий рефлектометр можно использовать при измерении протяженной линии (более 2 километров), поэтому особо внимательно следует отнестись к выбору прибора с соответствующими техническими характеристиками.

Поиск пупиновских катушек является ключевой процедурой определения возможности использования абонентской линии для высокоскоростной передачи данных с использованием технологии DSL. Ни одна из технологий DSL не может быть использована на линиях, имеющих пупиновские катушки. Идеально при проверке линии не только определить наличие пупиновских катушек, но и найти точное место их установки (все равно ведь придется искать катушки и снимать их с линии). Пупиновская катушка, используемая в аналоговых системах телефонной связи, представляет собой катушку индуктивности 66 или 88 мГн. Пупиновские катушки используются в качестве конструктивного элемента длинной (более 5,5 км) абонентской линии, позволяющего улучшить качество передаваемых звуковых сигналов. Установка катушек в линию позволяет снизить затухание сигнала в спектре звуковых частот (0,3 — 3,4 кГц), которое является следствием достаточно большой емкости длинных телефонных линий. Однако при этом затухание высокочастотных сигналов значительно возрастает. Вся конструкция работает как фильтр низких частот. Так как вся передача данных DSL осуществляется на значительно более высоких частотах, чем обычная телефонная связь, передача данных по линии, имеющей пупиновские катушки, становится невозможной. По той же причине пупиновские катушки ухудшают и работу модемов 56 Кбит/с и 33,6 Кбит/с. Следует учитывать, что пупиновские катушки устанавливаются только на длинных абонентских линиях. Для поиска пупиновских катушек можно использовать либо специальный детектор, позволяющий не только идентифицировать наличие катушек, но и приблизительно определить их количество, а также рефлектометр. Рефлектометр по сравнению с другими приборами имеет огромное преимущество — он позволяет достаточно легко определить точное местоположение пупиновских катушек. Но из-за того, что наличие пупиновских катушек в линии приводит к проблемам в работе как системы DSL, так и рефлектометра, прибор используется сначала для поиска и удаления из линии только первой катушки. После этого проводится поиск и удаление других катушек по очереди. Очевидно, что для определения наличия и количества катушек лучше всего использовать специальный детектор, а для поиска точного местоположения катушек (начиная с первой, далее со всеми остановками) можно воспользоваться рефлектометром. Рефлектометр является единственным проверочным прибором, позволяющим просто и точно найти местоположение пупиновской катушки. Он подает в линию высокочастотные импульсы и контролирует поступление отраженных импульсов. Так как импульсы представляют собой высокочастотную энергию, пупиновские катушки представляют для них непреодолимую преграду (пупиновская катушка представляет собой большой скачок импеданса и воспринимается прибором как обрыв линии).

Под кабельным отводом обычно понимается участок кабеля, который подключен к абонентской линии, но не входит в прямое соединение абонента с телефонной станцией. Кабельный отвод обычно подключен к основному кабелю и образует разветвление в форме буквы «Y». Часто бывает так, что кабельный отвод идет к абоненту, а основной кабель идет дальше (при этом данная пара кабеля должна быть разомкнута на конце). Осуществлению обычной телефонной связи кабельные отводы не мешают. Однако для цифровых технологий, таких как DSL, кабельные отводы могут создавать различные проблемы. При передаче по кабелю цифрового сигнала в сторону абонента, этот сигнал идёт во все кабельные отводы. Отраженные от концов кабельных отводов сигналы накладываются на сигнал, передаваемый абоненту, что приводит к значительному росту числа ошибок.

Некоторые цифровые технологии обладают возможностью в определенной мере компенсировать отраженные сигналы (эхо-сигналы), но в большинстве случаев для обеспечения надежной высокоскоростной передачи данных кабельные отводы лучше устранить. Некоторое проверочное оборудование, например, измерители расстояния до обрыва, позволяют обнаружить наличие кабельного отвода между телефонной станцией и абонентом. Но только рефлектометр позволяет не только обнаружить место каждого подключения, но и длину каждого кабельного отвода. Однако если абонентская линия имеет большое количество отводов, характеристику на экране рефлектометра будет сложно интерпретировать. Уменьшив дальность действия рефлектометра можно найти место первого подключения и отключить первый кабельный отвод. И так же дальше отключать кабельные отводы один за другим. Однако на пригодность конкретной абонентской линии для использования технологии DSL влияет не сколько сам факт наличия подключения, сколько длина самого кабельного отвода. До определенной длины (порядка 400 метров) кабельные отводы не оказывают значительного влияния на xDSL.

Перед развертыванием цифровых систем необходимо также проверить используемую линию на наличие других потенциальных проблем, таких как потери в линии и перекрестные помехи. Максимально допустимые потери в линии зависят от характеристик используемой технологии. Так как разные технологии DSL используют различные полосы частот для «выполнения своих прямых обязанностей», значения частот, используемых для измерения потерь, также должны быть различными. Проведение измерения потерь цифровой линии на правильной частоте позволит с достаточной долей уверенности утверждать, подходит ли данная линия для использования в качестве DSL. Данная проверка является наилучшим завершением подготовки линии, потому что позволяет оценить эффективность устранения с данной линии всех потенциальных проблем.

Кроме того, большинство технологий DSL (впрочем, как и другие цифровые технологии) просто не выносят наличие высоких перекрестных помех между используемой парой проводов и другими парами проводов, входящими в тот же пучок кабеля. Одной из основных причин появления перекрестных помех является непреднамеренное скрещивание проводов. Непреднамеренное скрещивание проводов появляется, когда при сращивании строительных длин кабеля один из проводов одной пары соединяется с проводом соседней пары.

При этом на дальнем конце законченной линии об этом никто может и не узнать, если в процессе строительства непреднамеренное скрещивание будет обнаружено и нормальные пары будут восстановлены при монтаже следующей муфты.

Такие скрещивания проводов могут привести к тому, что нормальные (с точки зрения организации обычной телефонной связи) линии невозможно будет использовать для осуществления цифровой передачи. С обычным оборудованием, используемым для проверки телефонных линий, найти непреднамеренное скрещивание проводов достаточно сложно. Однако, используя рефлектометр, имеющий режим выявления переходных помех, возможно найти места скрещивания проводов значительно проще. При подключении к входам рефлектометра и проверяемой и контрольной пары на дисплей будут выведены только подъемы и провалы характеристики в местах скрещивания проводов. Характеристика остального кабеля будет представлять собой практически горизонтальную линию.

Широкомасштабное наступление цифровых систем передачи, к которым, разумеется, можно отнести и технологии xDSL, требует применения быстрых, легких и эффективных методов определения возможности использования для таких систем передачи существующих абонентских телефонных линий. Возможность использовать цифровые технологии xDSL во многом (если не во всем) зависит от схемы и качества кабельной сети. Которая, в свою очередь, была разработана и сооружена десятки лет назад для нужд обычной телефонной связи. Существующая кабельная сеть имеет как конструктивные элементы, так и обычные дефекты, которые ухудшают или полностью препятствуют цифровой передаче xDSL. Используя доступное на сегодняшний день проверочное оборудование, провайдеры имеют возможность быстро проверить существующую кабельную сеть, обнаружить и устранить все препятствия на пути новых цифровых технологий. Применение тщательно продуманных, но в то же время стандартных, процедур проверки телефонных линий позволит свести время ввода цифровой системы в действие до минимума.

2 ЛВС в микрорайоне по улицам Масленникова и 20 лет РККА

Проектирование ЛВС в жилом микрорайоне значительно отличается от проектирования корпоративной ЛВС. Основное отличие заключается в отсутствии планов зданий из-за чего невозможно до начала работ точно определить будущую структуру сети, и в том что во время работ приходится сталкиваться с различным непредсказуемыми трудностями, которые не будут рассмотрены в рамках данной работы.

Первым шагом является определение ориентировочного расположения оборудования и способа прокладки кабеля.

2.1 Выбор мест расположения оборудования

Место расположение оборудования, выбирается исходя из оптимальной удалённости от уже имеющихся клиентов и с учётом перспективы подключения новых, а также с исключением доступа к оборудованию посторонних лиц. Строители и проектировщики существующих жилых домов мало думали о будущей информационной инфраструктуре. Часто в шахтах слаботочной проводки нет места для кабелей, и еще чаще - отсутствует место для размещения оборудования. Поэтому построение абонентской системы здания превращается в очень сложную задачу. Выбор мест размещения не велик. Это:

1) Лифтовая. Есть хорошее электропитание, ввод в шахту слаботочной проводки, заземление, выдержан температурный режим, ограничен доступ. В случае достижения соответствующей договоренности с лифтовой службой и технадзором, это одно из лучших мест для размещения.

2) Техэтаж. Приемлемые температурные условия, нет проблем с электропитанием и заземлением. Удобно делать межподъездную разводку по варианту когда один узел приходится на весь дом. Главный минус - место легкодоступно для воров и вандалов. Против этого можно защититься, прочным ящиком.

3) Чердак. Нет питания, заземления. Проблемы с температурой и влажностью. Очень легкий доступ для воров и вандалов. Удобен с точки зрения разводки кабеля.

4) Стена подъезда. Из полюсов – простой подвод электропитания и комнатная температура. Минусы - заметность, опасность воровства, сложности с подводом коммуникаций когда в одном доме один узел.

5) Подъездный электрощиток (часть слаботочной проводки). Аналогично размещению на стене подъезда, но прибавляется необходимость уложиться в крайне небольшие габариты. Защиту от воров можно делать только путем маскировки - другие методы фактически неприменимы. В некоторых случаях электрощитки отгораживают железными дверями жильцы, что резко повышает привлекательность этого метода установки.

6) Электрощитовая (отдельное помещение на первом этаже). Плюсы - питание, температура, заземление, защита от злоумышленников - на уровне. Минус - если ввод в здание производится с крыши, и, хуже того, подвал недоступен для разводки, возникают существенные сложности с прокладкой кабелей по узкой шахте слаботочной проводки.

7) Квартира жильца. Все условия близки к идеальным. Из недостатков ограниченность количества проводов заводимых в квартиру и невозможность доступа к оборудованию при отсутствии жильца.

Какому варианту отдать предпочтение решается непосредственно исходя их конкретных условий. Из общих рекомендации можно сказать лишь очевидное - при "верхней" разводке желательно размещать оборудование ближе к крыше, при "нижней" (подвальной) - соответственно наоборот. Остальное будет зависеть прежде всего от вида домов, от способа их соединения в сеть, и далее - от целого комплекса труднопредсказуемых технических или юридических моментов.

Так же, важнейший фактор при выборе места узла - условие его долгосрочного существования. Ведь к активному оборудования сводятся кабеля, и переносить их через год-два будет экономически не выгодно. Поэтому приходится ставить оборудование в те места, на которые есть договора с владельцами или балансодержателями.

В начальной версии сети, которая объединяла в себе четыре дома, распложенных по улицам Масленникова и 20 лет РККА, в следствии достигнутых договорённостей и детального изучении всех вариантов, коммутаторы располагались на отгороженных лестничных площадках и на чердаках. При этом для коммутаторов расположенных на чердаках электропитание заводилось по свободным парам кабеля. Сбоев в работе при данном методе подачи электроэнергии на коммутаторы марки CNet выявлено не было. Коммутаторы других производителей за счёт меньшего выходного напряжения блока питания не функционировали.

2.2 Выбор топологии сети

Кабельную систему домашней сети можно разделить на:

1. Абонентская система здания. Как следует из названия, она служит для подключения конечных пользователей к активному оборудованию Ethernet-провайдера внутри одного дома.

2. Магистральная кабельная система. Служит для объединения активного оборудования абонентских систем здания в единую инфраструктуру, и их соединения с другими сетями (в том числе Интернет).

Основная задача магистральной кабельной системы - обеспечение надежной связи каждого здания со шлюзом сети Интернет и (или) центральными сервисами. Основными свойствами, которые характеризуют сеть, можно назвать топологию и материал кабелей.

Традиционно считается, что локальные сети должны строиться по топологии "звезда", а кольцевая архитектура присуща серьезным телекоммуникационным системам на основе SDH/ATM (это очень эффективное средство повышения надежности в телефонии, где несколько АТС могут продолжать работать независимо от вышедшего из строя узла).

Однако, любая многосвязная архитектура более надежна, чем простое соединение. И кольцо Ethernet не исключение. С распространением недорогих коммутаторов, поддерживающих STP (протокол покрывающего дерева), использование резервных связей стало достаточно простым процессом, не требующим вмешательства администраторов сети. При использовании "кольца" в случае выхода из строя какого-либо узла (или части кабельной системы) работоспособность сети в целом сохраняется.

Однако, кольцевая топология является избыточной по числу связей, а значит и более дорогой. А вопрос надежности стоит не слишком остро из-за небольших размеров ЛВС.

Таблица 2.1 - Сравнение топологий "звезда" и "кольцо"

Очевидно что с точки зрения надёжности предпочтительнее топология «кольцо», но так как для домашней сети значительнее актуальнее вопрос стоимости сети и, учитывая, трудности возникающие при прокладке кабеля, то в итоге топология «звезда» является наиболее оптимальной.

Основное назначение абонентской системы здания (иначе говоря, внутридомовой разводки) - подключение конечных пользователей к активному оборудованию Ethernet-провайдера внутри одного дома. В функциональном плане эта цель почти совпадает (в терминах СКС) с горизонтальной кабельной системой, но прокладка сети в жилом доме обладает целым рядом отличительных признаков.

Из-за экономических соображений, Ehternet-провайдерам приходится подстраиваться под архитектурные особенности зданий. Нельзя прокладывать коммуникации, невзирая на расходы, как это принято при инсталляции СКС. Поэтому желательно еще на стадии или эскиза сети учесть вместимость шахт слаботочной проводки, вводов, возможность крепления кабелей, предусмотреть защиту активного оборудования от злоумышленников, и многое другое.

Так же, не известно заранее ни количество, ни расположение абонентов. Подводить кабеля ко всем квартирам без исключений имеет смысл только в "элитных" домах. В большинстве зданий по статистике подключается в первый год не более 10% жильцов, и такие затраты просто не обоснованны. В результате абонентская система растет постоянно, по мере увеличения количества абонентов. Внутри здания возможны два основных типа разводки кабеля это:

1) Структурирование по подъездам

В этом варианте пользователи подключаются к обслуживающему каждый отдельный подъезд коммутатору. Оборудование всех подъездов подключено к одному коммутатору, который, в свою очередь, каким-либо образом включен в магистраль.

Этот вариант является фактическим отражением офисных локальных сетей. Только роль "вертикальной" межэтажной магистрали играют "межподъездые" связи, а разводка внутри подъезда аналог горизонтальной кабельной системы этажа в терминах СКС.

Такая схема может применяться, если в подъезде имеется достаточное количество абонентов, которые оправдывают размещение отдельного коммутатора.

Наиболее правильное место размещения с точки зрения топологии сети - один из средних этажей. Это не только позволяет сократить расход кабеля но и избежать трудностей с его прокладкой в случаях когда загружены шахты слаботочной проводки.

2) Один дом - один распределительный пункт

Предельная централизация абонентской системы здания - установка оборудования в одной точке дома, в которую сходятся кабельные линии от всех абонентов.

Учитывая, что высота 10-ти этажного дома около 30 метров, длина на подъезд - примерно 25-30 метров, то при не большом количестве абонентов в доме возможно ограничиться одним коммутатором. В случае, если здание очень большое, целесообразно рассматривать его логически как несколько домов, соединенных магистралями.

Преимущества перед предыдущей схемой очевидны - установка, подвод питания, обслуживание, защита от злоумышленников - все в одном месте. Но недостатки тоже имеются, главным образом это кабельные линии большей протяженности и большой толщины.

Централизованная схема удобнее в относительно невысоком здании и малым числом абонентов в подъезде. Практически, под это определение попадает около 90% подключаемых домов.

В результате работ над эскизом сети, учитывая уже имеющихся клиентов и вероятность появления новых, схема 1 была применена в дома 210, а схема 2 в домах 208, 183 и 181.

2.3 Выбор типа кабеля

Для абонентской системы здания оптимальным выбором служит витая пара категории 5е. Она позволяет передавать данные со скоростью 100мбит/c, удобна в прокладке, обладает достаточно низкой стоимостью и отвечает всем требованиям по надёжности, предъявляемым к абонентской системе.

Учитывая низкий общий бюджет проекта, очевидным выбором для магистральных соединений становилась витая пара категории 5e для внешней проводки. Её существенным недостатком является низкий уровень защищённости от внешних электромагнитных наводок и статического напряжения, что сказывается на общей надёжности сети. Так же оптоволоконный кабель обладает большей дальностью передачи сигнала. Но стоимость самого оптоволоконного кабеля, активного оборудования и работ по монтажу требует значительно больших финансовых вложений.

Применялся кабель Nexans LANmark 5. Так как его характеристики существенно превосходят базовые требования для Категории 5е, что позволяет прокладывать линии более ста метров и даёт возможность в будущем перейти на технологию Gigabit Ethernet без смены кабельной системы. Кабели LANmark 5 компании Nexans тестируются и специфицируются до 350 МГц, и имеют гарантированную полосу пропускания до частоты 155 МГц. На частоте 155 МГц ACR составляет 10 дБ.

Минимальный радиус изгиба: в эксплуатации - 20 мм; при монтаже - 40 мм.

Максимально допустимое усилие на растяжение при монтаже кабеля - 80Н.

Расчет количества проложенного кабеля приводится в смете, для того чтобы можно было рассчитать себестоимость подключения каждого клиента.

2.4 Прокладка кабеля

Прокладка кабеля между этажей домов, как правило, осуществляется по специально отведённым каналам для телефонных проводов и телевизионного кабеля (шахтам слаботочной проводки). Расположение шахт слаботочной проводки оказывает самое непосредственное влияние на топологию сети, и это надо учитывать еще на стадии составления эскизного проекта. Так же важно предусмотреть способ ввода (и вывода) витой пары в шахту. Иногда это можно сделать по специальным коммуникациям (например, трубам, уложенным в стены или пол), но чаще приходится находить нужный способ уже непосредственно во время работ по прокладке. Практические приемы преодоления межэтажных пролетов не сложны. Берется упругая проволока диаметров 2-4 мм, и метров 3-4 длиной, на ее конце делается плоская петля для облегчения прохождения препятствий. Затем она проталкивается через шахту слаботочной проводки (обычно по специальным пластиковым или металлическим трубам). К оставшемуся концу изолентой приматывается витая пара (без выступающих частей), и проталкивается по шахте. На следующем этаже операция повторяется. В реальности, не всегда бывает просто сделать даже такую внешне простую операцию.

Между подъездами кабель прокладывается по чердаку, на который и выходят каналы слаботочной проводки. Между домами кладётся кабель для внешней проводки, оболочка которого значительно крепче оболочки обычной витой пары. В случае если расстояние между домами достаточно большое, используется подвес (кабель типа П274) к которому крепится витая пара. Наиболее простой способ завести кабель с одного дома на другой это спустить его до земли один конец, затем с другого дома спустить веревку (например, капроновую нить) и, скрепив концы нити и кабеля, поднять нить. В случае если между домами присутствуют небольшие препятствия (деревья, провода и тому подобные), то сначала вместо кабеля спускается вторая нить, которая перебрасывается через возникшее препятствие. Когда нить уже натянутся между домами, то к её концу крепится кабель, и нить перетягивается на другой дом. При прокладке сети между домами 181 и 183 по улице Масленникова, между этими домами велась реконструкция трёхэтажного здания, территория которого была огорожена забором. Для того чтобы завести нить с дома номер 183 на 181 была использовано самодельное устройство с электромотором и колесом, которое вместе с привязанной к нему нитью переправилось с одного дома на другой по уже проложенным проводам.

Во время грозы на длинных участках кабеля, выходящего на улицу во время грозы накапливается статическое электричество. Чтобы предотвратить выгорание оборудования, в двух местах была установлена грозозащита. Но из-за того что в домах было плохое заземление она оказалась малоэффективна.

2.5 Активное сетевое оборудование

Из расчёта уже имеющихся количества клиентов и предполагаемого появления новых для сети нужно было три восьми-портовых, два пяти-портовых и один шестнадцати-портовый коммутаторов. По восьми-портовому коммутатору располагалось в 181-ом и в 183-ем домах, один пяти-портовый в доме номер 208 и по одному восьми, пяти и шестнадцати-портовому коммутатору в 210-ом доме в разных подъездах. Устройства должны отличаться невысокой стоимостью, так как высока вероятность хищения оборудования. После ознакомления с коммутаторами различных производителей и изучения отзывов об использовании было решено использовать коммутаторы CNet CNSH 800, CNet CNSH 500 и Eline ELN-816VX. Так как они при умеренной цене отличались стабильной работой.

Спецификация восьми-портового коммутатора CNet CNSH 800

Стандарты: 100BASE-TX, IEEE 802.3u,10BASE-T, IEEE 802.3

Топология: 100BaseTX/10BaseT

Архитектура: “Store-and-Forward"

Сетевые порты: 100Base-T: 8 портов с разъемами RJ-45

Объем буфера: 256 KБ

Режимы дуплекса: Full-Duplex/Half-Duplex

Источник питания: Внешний 9VDC, 1Amp

Энергопотребление: 9 Вт

Сетевые кабели: 100BASE-TX кат. 5 TP, 10BASE-T кат. 3, 4 или 5 TP

Полоса пропускания: 100BaseTX-порты: 200/100/100/10 Мбит/с автоматической установкой скорости; 100BaseFX-порт: 200(в полно-дуплексном режиме)/100 (по умолчанию) Мбит/с

Фильтрация: 148800 пакетов/с при 100 Мбит/с

Время ожидания: 8.5 млсек минимум при100Мбит/с
75 млсек минимум при 10Мбит/с

MAC адреса: 8K (6) Bytes MAC address entries

Внешняя среда: Рабочая температура: 0° ~ 45°C, Влажность: 10% ~ 90% Размеры: 145 x 85 x 25 мм

Сертификаты: FCC Class B, CE Mark

Спецификация пяти-портового коммутатора CNet CNSH 500

Стандарты: 10BASE-T, IEEE 802.3,100BASE-TX, IEEE 802.3u

Топология: 100BaseTX/10BaseT

Архитектура: “Store-and-Forward"

Сетевые порты: 5 * 100BaseTX/10BaseT

Объем буфера: 128 КБ

Режимы дуплекса: Full-Duplex/Half-Duplex

Источник питания: Внешний блок питания 2.5VDC, 1 Am

Энергопотребление: 2.5 Ватт

Сетевые кабели: 100BASE-TX, кат. 5 TP кабель, 10BASE-T, кат. 3, 4, and 5 TP

Полоса пропускания: 100BaseTX: 200/100/20/10 Мбит/с - автоматическая настройка

Фильтрация: 148800 пакетов/с на один порт при 100 Мбит/с, максим.;
14880 пакетов/с на один порт при 10 Мбит/с, максим.

Время ожидания: 8.6 млсек при 100Мбит/с, 64 млсек при 10Мбит/с

MAC адреса: 1024 6-байтных MAC-адресов

Внешняя среда: Рабочая температура: 0° ~ 45°C, Влажность: 10% ~ 90% Размеры: 118 x 70 x 25 мм

Сертификаты: FCC Class B, CE Mark

Спецификация шестнадцати-портового коммутатора Eline ELN-816VX

Стандарты: IEEE 802.3 10BASE-T Ethernet, IEEE 802.3u 100BASE-TX Ethernet, IEEE 802.3x

Топология: 100BaseTX/10BaseT

Архитектура: “Store-and-Forward"

Сетевые порты: 16 10/100 Мбит/с RJ-45

Объем буфера: 1 Мбит

Режимы дуплекса: Full-Duplex/Half-Duplex

Сетевые кабели: 100BASE-TX, кат. 5 TP кабель, 10BASE-T, кат. 3, 4, and 5 TP

Полоса пропускания: 100BaseTX: 200/100/20/10 Мбит/с - автоматическая настройка

Фильтрация: 10 Мбит/с: 14880 пакетов/с, 100 Мбит/с: 148800 пакетов/с

MAC адреса: 2к

Внешняя среда: Рабочая температура: 0° ~ 45°C, Влажность: 10% ~ 90%

Сертификаты: FCC Class B, CE Mark

В компьютеры клиентов устанавливались сетевые карты Surecom EP-320X-S1.

Спецификация сетевой карты Surecom EP-320X-S1:

Поддерживаемые стандарты: IEEE802.3 10BASE-T, IEEE802.3u 100BASE-TX

Поддерживаемые скорости работы: 10/100 МБит автоопределение

Метод доступа: CSMA/CD

Поддерживаемые среды передачи: xTP кабель

Количество портов: 1 RJ-45

Чипсет: Surecom

Шина: PCI 2.2 32 бит / 33 МГц

Режимы передачи данных: полный и полудуплекс

Поддержка режима Plug&Play: Да

Режимы энергосбережения: ACPI и PCI Power management

Поддержка Wake on LAN: Нет

Поддержка BootROM: Да

Размеры Д x Ш x В, см: 12 x - x 3.9

Вес, кг.: 0,1

Рабочий диапазон температур, С: 5 ~ 55

Рабочий диапазон влажностей, %:10 ~ 90

Соответствие стандартам: FCC Class A, CE

ADSL модем D-Link DSL-300G:

D-Link DSL-300G - внешний ADSL -модем который имеет один порт 10Мбит/с Ethernet. Обладая графическими средствами конфигурирования, DSL-300G позволяет пользователям легко настраивать установки для подключения по G.lite или G.dmt стандартам ADSL в зависимости от имеющегося DSL -провайдера. DSL-300G обеспечивает высокую скорость доступа к Интернет и/или подключению к удаленной локальной сети.

DSL-300G поддерживает модуляцию G.dmt, достигая скорости восходящего потока (приема) до 8 Мбит/с и 864 Кбит/с нисходящего (передача). Также поддерживается G.lite со скоростями до 1.5 Мбит/с восходящего потока и 512 Кбит/с нисходящего. G.lite достаточен для большинства Интернет -приложений сегодня и не требует установки частотного разделителя со стороны абонента. Интерфейс ADSL автоматически определяет тип подключения и выбирает оптимальную схему модуляции, G.dmt или G.lite, используя протокол G.hs (установка соединения).

DSL-300G совместим с широки набором операторских DSLAM'ов. DSL-300G соответствует стандарту T1.413 версии 2, который гарантирует реальную совместимость с различными типами и видами кабельной проводки, включая наиболее популярные кабели типа 24AWG (0.5мм) и 26AWG (0.4мм), используемыми в качестве стандартной телефонной проводки.

DSL-300G поддерживает мостовое соединение Ethernet через ATM, PPP через ATM и IP через ATM, PPPoE.

2.7 Модернизация и расширение сети

После продажи сети другой организации, которая имела возможность повысить финансирование сети, было принято решение о расширении и модернизации уже существующей сети. В связи с появившимися финансовыми возможностями и полученным опытом большое внимание стало уделяться надёжности. Поэтому все существующие магистральные линии было решено заменить на оптоволоконные линии связи. Суть расширения состояла в объединении в сеть всех высотных домов микрорайона, независимо от наличия в них на данный момент клиентов, благодаря чему стало возможным быстрое подключение новых абонентов. Так же учитывался тот факт что во время зимним холодов работы по прокладке междомовых линий будут невозможны. Во всех магистральных линиях было решено использовать оптоволоконный кабель, так как он не только позволяет повысить надёжность за счёт лучшей защищённости от внешних электромагнитных наводок, но и за счёт создания более надёжной топологии всей сети, так как оптоволоконный кабель позволяет передавать данные на значительно большую дальность, чем витая пара.

2.7.1 Выбор типа оптоволоконного кабеля

После изучения технических характеристик одномодового и многоводового кабелей, и приблизительно подсчёта финансовых вложений на внедрение оптоволоконных магистральных соединений, стало очевидно что правильнее использовать многомодовый тип кабеля.

Таблица 2.2 - Сравнение одномодовых и многомодовых технологий.

Из данных приведённых в таблице 2.2 видно, что при небольших расстояниях выгоднее использовать многомодовый тип кабеля, так как в таких условиях общая стоимость проекта будет значительно ниже за счёт более низкой стоимости оборудования по сравнению с оборудованием для одномодового типа кабеля.

Типовые характеристики современных оптоволоконных кабелей для внешней прокладки:

- Внешний диаметр - 10-20 мм;

- температурный диапазон монтажа - от -10°С до +50°С;

- температурный диапазон эксплуатации - от -40°С до +60°С;

- минимальный радиус изгиба при прокладке - 15 внешних диаметров;

- минимальный радиус изгиба при эксплуатации - 20 внешних диаметров;

- максимально допустимое усилие на растяжение - 2500-10000 Н;

- максимально допустимое усилие на сдавливание - 2000-4000 Н;

Применялся четырехволоконный кабель ЭКБ-ДПО-П-04-М(50/125) и двухволоконный ЭКБ-ДПО-П-02-М(50/125).

2.7.2 Прокладка оптоволоконного кабеля

Прокладка оптоволоконного кабеля несколько отличается от прокладки витой пары. При прокладке не должны превышаться нормируемые нормативно-технической документацией на кабели механические воздействия (в первую очередь усилия растяжения и сжатия), климатические условия (нижняя предельная температура прокладки, как правило, составляет минус 10 °С), допустимые радиусы изгиба оптического кабеля (радиус изгиба не должен быть менее 20 наружных диаметров оптического кабеля).

Для того чтобы гарантированно не повредить кабель при втягивании, нужно иметь целый ряд приспособлений. Именно поэтому прокладка оптоволоконного кабеля была выполнена при помощи специалистов компании Карат-Связь.

Барабан с кабелем закреплялся на специальных стойках. Захват кабеля может выполняться несколькими способами: непосредственно за несущий элемент кабеля, за фиксируемый на кабеле наконечник и с помощью кабельного чулка. Самым надежным и самым безопасным способом захвата кабеля является кабельный чулок. Этот способ и использовался при прокладке. Кабельный чулок представляет собой плетеный рукав, изготовленный из металлической проволоки или полимерных волокон различной толщины. Принцип его работы прост — при приложении продольного усилия рукав растягивается в длину и уменьшается в диаметре, надежно фиксируя кабель. Этот способ позволяет одинаково надежно фиксировать в широком диапазоне тяговых сил одиночные кабели или пучки кабелей любой конструкции, совершенно не повреждая место захвата. Последнее особенно ценно, так как только кабельный чулок обеспечивает захват кабеля в любом месте, а не только за его конец. А это означает, что лишь кабельный чулок позволяет фиксировать кабель за промежуточную точку при втягивании больших отрезков.

Для достижения однородных механических свойств все элементы кабеля (витые пары, несущие и защитные компоненты) свиваются. Поэтому, когда усилие прикладывается в продольном направлении, кабель скручивается. Чтобы этого не произошло, во время втягивания применяются вертлюги. Эти приспособления обеспечивают свободное вращение кабеля вокруг своей оси. Установка вертлюгов осуществляется в месте соединения троса и кабеля или троса и поводков. Иногда они встраиваются в многоразовые кабельные наконечники, наконечники для крепления гибких защитных труб и кабельные чулки

Во время протяжки чтобы соблюсти допустимые радиусы изгиба, вдоль всей трассы использовались специальные ролики. Для подвеса кабеля были применены самодельные зажимы.

2.7.3 Выбор типа оптических коннекторов

Основные его функции оптических коннекторов заключаются в фиксация волокна в центрирующей системе (соединителе), и защите волокна от механических и климатических воздействий.

Основные требования к разъемам следующие:

- внесение минимального затухания и обратного отражения сигнала;

- минимальные габариты и масса при высокой прочности;

- долговременная работа без ухудшения параметров;

- простота установки на кабель (волокно);

- простота подключения и отключения.

На сегодня известно несколько десятков типов разъемов, и нет того единого, на который было бы стратегически сориентировано развитие отрасли в целом. Но основная идея все вариантов конструкций проста и достаточно очевидна. Необходимо точно совместить оси волокон, и плотно прижать их торцы друг к другу.

Несмотря на отсутствие официально признанного всеми производителями типа разъема, фактически распространены ST и SC, весьма похожие по своим параметрам (затухание 0,2-0,3 дБ). Решено было использовать разъёмы SC. Этот разъём был разработан японской компанией NTT, с использованием такого же, как в ST, керамического наконечника диаметром 2,5 мм. Но основная идея заключается в легком пластмассовом корпусе, хорошо защищающим наконечник, и обеспечивающим плавное подключение и отключение одним линейным движением. Такая конструкция позволяет достичь большой плотности монтажа, и легко адаптируется к удобным сдвоенным разъемам. Поэтому разъемы SC рекомендованы для создания новых систем, и постепенно вытесняют ST.

2.7.4 Выбор типа соединения оптоволокна

Разъемы можно приклеивать, сваривать волокно кабеля с готовым пигтейлом, или использовать другие технологии типа сплайсов или обжима. Обоснованно считается, что сварка самый надежный и самый качественный способ. И не обязательно самый дорогой. Себестоимость сварного соединения достаточно низка. Требуется только термоусадочная гильза и дорогостоящий сварочный агрегат. Поэтому, если для проведения работ по сварке, пригласить специалистов, которые уже имеют всё необходимое оборудование, а не покупать своё, то сварное соединение является наиболее оптимальным. Так как склеивание оптоволокна хоть и можно осуществить без специального оборудования, но для этого требуется опыт, а соединения с помощью сплайсов и других новых технологий обходится дороже.

2.7.5 Сварка оптоволокна

Ее суть заключается в расплавлении торцов соединяемых волокон и их последующему сведению. Последовательность монтажа зависит от конкретного типа сварочного аппарата, но обобщенно выглядит следующим образом:

1. Соединяемые волокна освобождают от всех защитных покрытий и обезжиривают;
2. На одно из волокон надевается защитная гильза;
3. Прецизионным инструментом осуществляется скол волокна на необходимую длину, таким образом, чтобы угол не перпендикулярности торцов соединяемых волокон составлял не более 1 градуса;
4. Волокна фиксируются в сварочном аппарате, а затем вручную или в автоматическом режиме (в зависимости от типа сварочного аппарата) свариваемые волокна центрируются.

5. В автоматических сварочных аппаратах весь дальнейший процесс выполняется автоматически:

- сведение волокон для оплавления;

- оплавление в течение определенного времени;

- расплавление волокон в режиме сварки и одновременное их сведение;

- контроль качества соединения.

Сварка осуществляется на автомате Fujikura. Волокно вкладывается в аппарат, фиксируется простыми зажимами, а совмещение, сварка, проверка – выполняются автоматически с показанием процесса на жидкокристаллическом мониторе. После сварки автомат проверит прочность соединения на разрыв и приблизительно измерит качество шва.

Перед работой есть этап настройки на волокно, но он не занимает много времени. После сварки место стыка волокон герметизируют гильзой (термоусадочной трубочкой, с вставленным внутрь для жесткости металлическим штырьком). Для нагрева гильз на сварочном аппарате предусмотрено специальное приспособление-печка. Затем получившуюся гильзу аккуратно укладывают в крепежи, находящиеся в оптическом шкафе.

2.7.6 Оптические шкафы

Кабель необходимо жестко зафиксировать, волокна уложить по достаточно большому радиусу, надежно закрепить необходимые элементы. К созданному соединению нужно обеспечить доступ, предусмотреть возможность переключений или модификации.

Шкафы оптические (распределительные) предназначены для организации разъемного соединения нескольких оптических кабелей, и выполнения переключений в процессе эксплуатации сети. Они применяются при переходе с линейных (внешних) оптоволоконных кабелей на линии, прокладываемые внутри зданий, или для подключения активного оборудования.

Шкаф представляют собой устанавливаемый на стене универсальный металлический корпус, в котором имеется разъёмно-коммутационная панель, на которую монтируются оптические соединители. С одной стороны к ним подключаются разъемы одного (или нескольких) разделанных в шкафу кабелей, с другой - присоединяемых. Роль последних выполняют гибкие коммутационные шнуры, с помощью которых выполняются коммутации или подключается активное оборудование.

Обычно коммутационная панель, дополнительно к прямому назначению, разделяет внутренне пространство шкафа на секцию для размещения сращиваемых световодов, и секцию коммутационных соединений. В недорогих конструкциях роль кроссовой панели может выполнять внешняя стенка корпуса.

Свободные волокна (технологический запас) закрепляется на специальном организаторе световодов (сплайс-пластине), которая обеспечивает их фиксацию с соблюдением минимально допустимого радиуса изгиба. Там же при необходимости предусматривается крепление сросток (защитных гильз, или сплайсов). Для соединения медиаконверторов с разъёмами в оптических шакафах использовались патчкорды оптические SC/PC-SC/PC, MM, 50/125 дуплекс

2.7.7 Выбор оборудования

С целью сдачи узла связи в будущем, оборудование должно были иметь необходимые сертификаты, поэтому было решено использовать активное оборудование компании DLink. Так как коммутаторы между собой соединяются оптическими линиями связи, то необходимо либо применять коммутаторы с оптическими разъёмами, либо медиаконверторы (преобразователи среды). Использование медиаконверторов более выгодно, так как в случае выхода из строя портов RJ45 на коммутаторе придётся заменить только коммутатор, который сам по себе дешевле чем дорогостоящий коммутатор с оптическими разъёмами. Так же в таком случае модернизация до технологии Gigabit Ethernet обойдётся в меньшие финансовые затраты. Итак, в сети было решено использовать 16-и и 8-и портовые коммутаторы DLink DES-1016D и DLink DES-1008D и медиаконверторы DLink DMC-300SC. Все оборудование располагается в специальных шкафах.

Спецификация коммутатора DLink DES-1016D:

Количество портов: 16 портов 10/100Мбит/с

Стандарты: IEEE 802.3 10Base-T Ethernet; IEEE 802.3u 100Base-TX Fast Ethernet; Автосогласование ANSI/IEEE 802.3 NWay; Управление потоком IEEE 802.3x

Протокол: CSMA/CD

Скорость передачи Fast Ethernet: 100Мбит/с (полудуплекс); 200Мбит/с (полный дуплекс)

Изменение полярности Rx витой пары: Автоматическая коррекция

Метод коммутации: Store-and-forward

Таблица MAC адресов: 16K записей на устройство

Изучение MAC адресов: Автоматическое

Буфер памяти: 512K на устройство

Скорость передачи/фильтрации пакетов: 10BASE-T: 14,880 pps на порт (полудуплекс); 100BASE-TX: 148,800 pps на порт (полудуплекс)

Питание: 7.5В, 1A постоянного тока; Через внешний адаптер питания переменного тока

Мощность: 5,68 Ватт

Рабочая температура: 0oC to 50o С

Рабочая влажность: От 10% до 90% без конденсата

Размер: 230 x 140 x 45 мм

Сертификаты: FCC Class B; CE Mark; VCCI Class B; Сертификат по системе Связь № ОС-СПД-444

Спецификация коммутатора DLink DES-1008D:

Количество портов: 8 портов 10/100Мбит/с

Стандарты: IEEE 802.3 10Base-T Ethernet; IEEE 802.3u 100Base-TX Fast Ethernet; Автосогласование ANSI/IEEE 802.3 NWay; Управление потоком IEEE 802.3x

Протокол: CSMA/CD

Скорость передачи Fast Ethernet: 100Мбит/с (полудуплекс); 200Мбит/с (полный дуплекс)

Изменение полярности Rx витой пары: Автоматическая коррекция

Метод коммутации: Store-and-forward

Таблица MAC адресов: 8K записей на устройство

Изучение MAC адресов: Автоматическое

Буфер памяти: 256K на устройство

Скорость передачи/фильтрации пакетов: 10BASE-T: 14,880 pps на порт (полудуплекс); 100BASE-TX: 148,800 pps на порт (полудуплекс)

Питание: 7.5В, 1A постоянного тока; Через внешний адаптер питания переменного тока

Мощность: 2 Ватт

Рабочая температура: 0oC to 50o С

Рабочая влажность: От 10% до 90% без конденсата

Размер: 192 x 118 x 32 mm

Вес: 301 г.

Сертификаты: FCC Class B; CE Mark; VCCI Class B; Сертификат по системе Связь № ОС-СПД-444

Медиаконвертер DLink DMC-300SC

Этот медиаконвертор преобразуют сигнал из стандарта 100Mbps 100BASE-TX Fast Ethernet на витой паре в сигнал стандарта 100BASE-FX Fast Ethernet по многомодовому оптическому кабелю. Поддерживают 1 порт RJ-45 для витой пары и 1 порт для оптического кабеля.

Характеристики:

Один канал преобразования среды передачи между 100BASE-TX и 100BASE-FX

Оптический порт для MT-RJ или SC-коннектора

Автоопределение скорости и автосогласование режима полного или полудуплекса на порту для витой пары.

Авто MDI-II и MDI-X

Переключатель для фиксированной настройки режима полного- или полудуплекса

Режим передачи Store-and-forward

Режим "обратного давления" и Управление потоком IEEE802.3x

Передача на полной скорости канала

Индикаторы состояния на передней панели

Может использоваться как отдельное устройство или устанавливаться в шасси.

Горячая замена при установке в шасси.

Спецификация :

Размеры Корпуса: 120 x 88 x 25 мм.

Питание: 7.5V 1.5A Внешний AC-адаптер питания

Температура Эксплуатации 0 - 40 C

Влажность 10 ~ 90% без конденсата

Сертификаты: FCC Class B; CE Mark; VCCI Class B; Сертификат по системе Связь № ОС-СПД-444

В домах 61, 61/1, 63, 63/1 оборудование располагается на техэтажах. В домах 144, 146 на чердаках, а в домах 179, 181, 183, 185, 202а, 206, 208, 210 в лифтовых комнатах. Питание с напряжением 220В заводилось по силовому кабелю, для защиты которого от внешнего воздействия и обеспечения пожаробезопасности применялась гофртотруба. Так же использовались автоматы-выключатели. Для повышения надёжности работы основного узла использовался источник бесперебойного питания UPS APC350VA.

Для сети выделяем блок IP адресов из сети класса В 172.20.0.0 с маской подсети 255.255.255.0, последней цифрой идентифицируем пользователей. IP адреса распределяются следующим образом: пользователям в домах 179, 181, 183, 220а, 206, 208, 210 выделяется диапазон от 4 до 45 (адреса с 1 по 4 являются резервными), а пользователям в домах 61, 61/1, 63, 63/1, 144, 146 остаётся диапазон от 45 до 255. Номер присваиваются в порядке очередности подключения.

2.2.8 Настройка на сервере PPPOE-SERVER и Firewall под Linux

На сервере установлена операционная система Linux, так как это современная, стабильная, многопользовательская и многозадачная среда, которая не требовательна к аппаратным ресурсам, и обладает отличными сетевыми возможностями, при бесплатном распространении.

2.2.9 Настройка PPPOE под Windows на компьютере клиента

Для установки PPPOE под Windows 9x/ME/2000 используются соответствующие драйвера.

Общие требования:

- Предустановленная сетевая карта

- Установленные драйвера для сетевого адаптера

- Установленный протокол TCP/IP для данного адаптера

- Протокол должен быть настроен для автоматического получения IP-адреса

- Проверить подключение сетевого кабеля к сетевому адаптеру

- Установленный Dial-up адаптер:

1. Открыть "Панель управления" ("Пуск" -> "Параметры")

2. Запустить компонент "Установка/удаление программ"

3. Открыть закладку "Компоненты Windows"

4. Выбирать пункт "Связь"

5. Отмететь параметр "Удаленный доступ к сети"

Для Windows 9x/ME

1. Установить обновление драйвера NDIS из папки "Update.9x", файл "ndis_upd.exe"

2. Добавить протокол PPOE

2.1. Нажать правую кнопку мышки на ярлыке "Сетевое окружение", который находится на рабочем столе. И выбрать меню "Свойства"

2.2. В появившемся окне "Сеть", в закладке "Конфигурация" нажать кнопку "Добавить..."

2.3. Затем выбрать компонент "Протокол" и нажать еще раз на "Добавить..."

2.4. В окне "Выбор: сетевой протокол" нажать кнопку "Установить с диска..."

2.5. В окне "Установка с диска" надо нажать кнопку "Обзор.." и выбрать файл "winppoe.inf" из папки "RASPPOE"

3. Запустить файл "RASPPOE.EXE" из папки "RASPPOE" - откроется программа

"RASPPOE - Dial-up Connection Setup"

Нажать верхнюю кнопку "Query Available Services".

Если все в порядке, то появится соединение "UBR7200", иначе - отсутсвует

соединение с сетью.

Затем нажать нижнюю кнапку "Create a Dial-up connection for the selected

Adapter" и на рабочем столе будет автоматически создан ярлык для подключения к Интернет.

4. Установить обновление для Windows 9x/ME из папки "Update.9x", файл

"sguide_tweak_98.inf". (Для установки щелкните правой кнопкой мышки на этом файле и выбирите пункт "Установить")

5. Перезагрузить компьютер

Для Windows 2000

1. Добавить протокол PPOE

(winppoe.inf)

2. Запустить файл "RASPPOE.EXE" из папки "RASPPOE" - откроется программа

"RASPPOE - Dial-up Connection Setup"

Нажать верхнюю кнопку "Query Available Services".

Если все в порядке, то появится соединение "UBR7200", иначе - отсутствует соединение с сетью.

Затем нажать нижнюю кнапку "Create a Dial-up connection for the selected

Adapter" и на рабочем столе будет автоматически создан ярлык для

подключения к сети.

3. Установить обновление для Windows 2000/XP из папки "Update.2k", файл

"sguide_tweak_2k_pppoe.reg". (Для установки дважды щелкните левой кнопкой мышки на этом файле и на появившейся вопрос ответьте утвердительно)

4. Перезагрузить компьютер

Для Windows XP

1. Открыть меню «Сетевое окружение» и выбрать в нём «Отобразить сетевые подключения»

2. Нажать «Создать новое подключение», после чего откроется «Мастер новых подключений»

3. Выбрать «Подключить к Интернету», затем «Установить подключение вручную». Далее «Через высокоскоростное подключение, запрашивающее имя пользователя и пароль».

4. Присвоить подключению имя и ввести имя пользователя и пароль.

3. Расчёт сметной стоимости ЛВС

При технико-экономическом обосновании внедрения новой системы необходимой частью проекта должен быть расчет капитальных вложений.

Сметная стоимость разработки локальной вычислительной сети - это сумма денежных средств, определяемых сметными документами, необходимых для ее осуществления в соответствии с проектом. Сметная стоимость локальной вычислительной сети, утвержденная подрядчиком и заказчиком, играет роль цены на данную сеть.

Локальная смета представляет собой первичный документ и составляет­ся на монтажные работы, приобретение и монтаж оборудования. Сметная стоимость оборудования и материалов определяется на основа­нии ведомостей на приобретение оборудования и материалов. Локальная смета представляет собой первичный документ, на основании которого определяется стоимость отдельных видов работ и затрат, входящих в объектную смету. Локальные сметы составляются на строительные и монтаж­ные работы, приобретение и монтаж оборудования и на другие цели.

Сметная стоимость оборудования, материалов и изделий определяется на основании ведомостей на приобретение оборудования, материалов и изделий и оптовых цен, которые указаны в прейскурантах цен на промышлен­ную продукцию, а также временных, лимитных и договорных цен. Кроме того, могут использоваться каталоги цен различных фирм и информационные списки излишних и неиспользуемых материальных ценностей, предъявляемых к реали­зации предприятиями.

Сметная стоимость оборудования, кроме оптовых цен, включает стоимо­сть запасных частей, тары и упаковки, комплектации оборудования, транспорт­ных и заготовительно-складских расходов. Сметная стоимость монтажных и пусконаладочных работ определяется на основании объема или количества соответствующих видов работ по монта­жу.

В смете будет рассчитана общая стоимость оборудования для начальной версии сети и затраты на кабель для подключения каждого пользователя. Для модернизированной версии сети отдельно рассчитывается создание магистральных каналов и стоимость пусконаладочных работ, осуществляемых предприятием «Карат Связь», и, как и для первой версии сети, отдельно считается стоимость кабеля необходимого для подключения конечных пользователей и стоимость активного оборудования, устанавливаемого в персональные компьютеры клиентов. На сервере использовалось программное обеспечение, распространяемое бесплатно. Стоимость оборудования и пусконаладочных работ на магистральных каналах приведена в условных единицах (у.е.), 1у.е.=29 рублей. Расчет приведен с учетом налога на добавленную стоимость.

Таблица 3.1 - Затраты на создание магистральных и линий и подключения пользователей в начальной версии локальной сети

Таблица 3.2 - Затраты на создание магистральных линий при модернизации локальной сети

При переводи в рубли получаем суммарную стоимость материалов 166759,13 рублей, стоимость работ 17974,2 рублей, итого 184733,33 рублей.

Таблица 3.3 - Затраты на подключение пользователей в модернизированной локальной сети и создание сервера.

Для определения затрат на основную заработную плату проведем расчет трудоемкости основных видов работ. Результаты расчета представлены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 – Трудоемкость основных видов работ

Расчет основной заработной платы приведен в таблице 3.5

Таблица 3.5 – Расчет основной заработной платы

Затраты на оплату труда определим прямым расчетом на основании данных о трудоемкости работ. Результаты расчета основной заработной платы приведены в таблице 3.5. Премии составляют 10% от должностного оклада, доплаты по районному коэффициенту – 15% от суммы должностного оклада и премии. Фонд заработной платы на весь объем работ представляет собой месячный фонд заработной платы с учетом трудоемкости в человеко-месяцах. Трудоемкость в человеко-месяцах определяется делением трудоемкости в человеко-днях на количество рабочих дней в месяце (20,75 день).

Далее необходимо рассчитать дополнительную заработную плату работников. В дополнительную заработную плату работников включается оплата отпусков и т.д. Дополнительная заработная плата устанавливается в процентах к основной заработной плате с учетом премий и районного коэффициента.

, (3.1)

где С_З.ОС – величина основной заработной платы, р.;

;

Общий фонд заработной платы определяется выражением:

. (3.2)

где

С_З.ОС – величина основной заработной платы, р.

Определим общий фонд заработной платы:

Отчисления на социальное страхование составляют 35,8% от суммы основной (ФЗП) и дополнительной (ДЗП) заработной платы, т.е. от общего фонда заработной платы и включаются в затраты по проведению анализа работы сети.

Общие расходы на оплату труда и отчисления на социальные нужды составляют 9483,75 р.

В качестве оборудования применялся персональный компьютер (ПК).

Общая сумма затрат на амортизацию ПК определяется:

(3.3)

где К_д – первоначальная стоимость ПК “Pentium IV”;

К_у – первоначальная стоимость монитора;

q – норма амортизационных отчислений, которая для вычислительной техники составляет 20%, исходя из срока полезного использования 5 лет.

Ф_р – количество рабочих часов в году;

Т_р – время работы ПК и монитора;

К_д = 13000 р.;

К_у = 9000 р.

(3.4)

где Р - количество рабочих дней в году;

Ч – количество рабочих часов за сутки;

К_и – коэффициент использования;

К_и = 0,9

Фр при пятидневной рабочей неделе в году составляет 249 дней по 8 часов и с учетом простоя оборудования в ремонте примет значение:

Т.к. ПК необходим для выдачи технического задания, составления плана модернизации и оформления полученных результатов и выводов, то Тр составляет 35 дней по 8 часов:

Таким образом, затраты на амортизацию составляют:

Расходы на электроэнергию. Для расчета расходов на электроэнергию необходимо знать установленную мощность оборудования Pуст и рассчитать активную мощность:

(3.5)

где k – коэффициент спроса, учитывающий загруженность машины в сутки;

Р_уст - установленная мощность оборудования.

k = 0,8.

P_уст = 300 Вт.

Общий расход электроэнергии:

(3.6)

где Р_а – расходы на электроэнергию;

Т_р – рабочее время; Т_р =280 ч.

Ц – цена за единицу электроэнергии.

Ц = 0,96 (р/кВт×ч);

Таким образом, затраты на электроэнергию составляют:

Кроме затрат на оплату труда и социальные нужды, на амортизацию, обслуживание и оплату потребленной электроэнергии необходимо учесть накладные расходы (затраты на содержание управленческого аппарата и вспомогательных рабочих) и плановые накопления (прибыль), которые составляют 12,36% и 35% от суммы всех затрат соответственно.

Данные о затратах на исследования и доработку локальной вычислительной сети приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6 – Расходы на проектно-изыскательские работы

НДС – 18%

Итого с НДС – 20553,65 р.

Таким образом, затраты на проектно-изыскательские работы локальной вычислительной сети составляют 20553,65 рублей. При этом основными видами расходов на проектно-изыскательские работы, являются основная заработная плата отчисления на социальные нужды.

Сводный расчет стоимости ЛВС представлен в таблице 3.7.

Таблица 3.7 – Сводный расчет стоимости ЛВС

Современная компьютерная сеть в жилом микрорайоне, требует грамотного подхода на всех этапах разработки и строительства, что сказывается на увеличении конечной стоимости. Но, учитывая предъявляемые требования к стабильности работы сети, вложения являются оправданными.

4. Техника безопасности при производстве работ на электрооборудовании ЛВС

4.1 Характеристика возможных опасных и вредных производственных факторов

Вредными считаются производственные факторы воздействие которых на работающих приводит к заболеваниям или снижению работоспособности. Физические факторы и вредные производственные факторы: подвижные части производственного оборудования; разрушающиеся конструкции; повышенная запыленность и загрязнённость воздуха рабочей зоны; повышенное значение напряжения в электрической цепи; замыкание, которое может произойти через тело человека; повышенный уровень статического электричества; повышенная напряженность электромагнитного и магнитного полей; отсутствие или недостаток естественного света; недостаточная освещенность рабочей зоны; расположение рабочего места на значительной высоте относительно поверхности земли. Психофизиологические опасные и вредные производственные факторы по характеру действия подразделяются на физические и нервно-психичиские перегрузки. Физические перегрузки могут быть статические и динамические. Нервно-психичиские перегрузки: умственное перенапряжение, перенапряжение анализаторов, монотонность труда и эмоциональные перегрузки.

Электробезопасность — система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока. Опасность электрического тока в отли­чие от прочих опасностей усугубляется тем, что человек не в состоянии без специальных приборов обнаружить напряжение дистанционно, а также быстротечностью по­ражения — опасность обнаруживается, когда человек уже поражен. Анализ смертельных несчастных случаев показывает, что на долю поражений электрическим то­ком приходится на производстве до 40, в энергетике — до 60 % ; большая часть поражений (до 80 %) происходит в электроустановках напряжением до 1000 В (110— 380 В).

Электрические удары представляют большую опас­ность (они вызывают 85—87 % смертельных поражений). Остановке сердца при поражении предшествует так на­зываемое фибрилляционное состояние. Фибрилляция сердца заключается в беспорядочном сокращении и рас­слаблении мышечных волокон (фибрилл) сердца. Элек­трический ток, вызывающий такое состояние, назы­вается пороговым фибрилляционным током. При пере­менном токе он находится в пределах 100 мА — 5 А, при постоянном токе — 300 мА — 5 А. При токе более 5 А происходит немедленная остановка сердца, минуя состояние фибрилляции. Если через сердце пострадавше­го пропустить кратковременно (доли секунды) ток 4—5 А, мышцы сердца сокращаются и после отключения тока сердце продолжает работать. На этом принципе основано действие дефибриллятора — прибора для восстановле­ния работы сердца, остановившегося или находящегося в состоянии фибрилляции.

Таким образом, при остановке и фибрилляции сердца работа его самостоятельно не восстанавливается, поэтому необходимо оказание первой (доврачебной) помощи в виде искусственного дыхания и непрямого массажа сердца. Как известно, в состоянии клинической смерти человек может находиться в течение 3—5 мин. Если за данный промежуток времени человеку не оказывается помощь, клиническая (мнимая) смерть переходит в биологиче­скую (истинную) смерть — необратимый процесс отми­рания клеток.

Если человек касается одновременно двух точек, меж­ду которыми существует напряжение, и при этом образуется замкнутая цепь, через тело человека проходит ток. Значение этого тока зависит от схемы прикосновения, то есть от того, каких частей электроустановки касается человек, а также от параметров электрической сети. Не касаясь параметров сети, рассмотрим схемы включения человека в цепь тока (схемы прикосновения).

1. Двухфазное (двухполюсное) прикосновение (рисунок 4.1 а, б). При этом человек оказывается под рабочим на­пряжением сети и через него проходит ток. В трехфазной сети ток через человека определяется линейным (междуфазным) напряжением.

2. Однофазное (однополюсное) прикосновение. Если человек, стоя на земле, касается одного из полюсов или одной из фаз, цепь тока замыкается через землю и, далее, через сопротивление изоляции и емкости фаз в сети с изо­лированной нейтралью (рисунок 4.1 в) или через заземление нейтрали (рисунок 4.1 г). При этом через тело человека про­исходит замыкание на землю, так как человек, касаясь провода, соединяет его с землей. Поэтому ток, проходя­щий через человека, можно представить как ток замыка­ния на землю.

3. Прикосновение к заземленным нетоковедущим час­тям, оказавшимся под напряжением. Нетоковедущие части электроустановки нормально не находятся под на­пряжением. Это корпуса электрооборудования, оболоч­ки кабелей и тому подобное. Они могут оказаться под напряжением лишь случайно, в результате повреждения изоляции. Прикосновение к заземленному корпусу, имеющему контакт с одной из фаз, показано на рисунке 4.1 д. Часть тока замыкания на землю проходит через тело человека, то есть ток через тело человека зависит от тока замыкания на землю. Если человек касается незаземленного корпуса, ока­завшегося под напряжением (рисунок 4.1 е), через человека проходит весь ток замыкания на землю, то есть это случай равноценен однополюсному прикосновению к токоведущим частям.

Различают напряжения прикосновения и шага. Напряжение прикосновения — это напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается че­ловек. Во всех случаях контакта человека с частями, нормально или случайно находящимися под напряже­нием, это напряжение прикладывается ко всей цепи человека, куда входят сопротивления тела человека, обу­ви, пола или грунта, на котором стоит человек. Напря­жение прикосновения приложено только к телу чело­века, а поэтому его можно определить как падение напряжения в теле человека.

Рисунок 4.1 - Схемы прикосновения к токоведущим частям и к кор­пусу, оказавшемуся под напряжением: а, б — двухфазное (двухполюсное) прикосновение; в,г ¾ однофазное (однополюсное) прикосновение в сети с изолированной и заземленной нейтралью; д, е — прикосновение к «пробитому» корпусу при исправном зазем­лении и отсутствии заземления.

При двухфазном прикосновении к токоведущим час­тям напряжение прикосновения равно рабочему напря­жению электроустановки, а в трехфазной сети — линей­ному напряжению. При однофазном прикосновении к то­коведущим частям напряжение прикосновения опреде­ляется фазным напряжением относительно земли. При прикосновении к заземленным нетоковедущим частям напряжение прикосновения зависят от напряжения корпуса относительно земли.

Напряжение шага — напряжение между двумя точ­ками цепи тока, находящимися на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек. Если человек находится на грунте вблизи заземлителя, с которого стекает ток, то часть этого тока может ответвляться и про­ходить через ноги человека по нижней петле. Ток, про­ходящий через человека, зависит от тока замыкания на землю. Во всех случаях, кроме двухфаз­ного (двухполюсного) прикосновения, в цепи тока через человека участвует грунт (земля), одна из точек касания (или обе) находится на поверхности грунта, при этом ток через человека зависит от тока замыкания на землю. Что­бы выявить эту зависимость и определить ток через человека, надо провести анализ явлений прохождения тока в грунте (тока замыкания на землю).

4.2 Организационно-технические мероприятия по технике безопасности

К организационным мероприятиям, обеспечивающим безопасность работы в электроустановках, относятся оформление работы; допуск к работе; надзор во время работы; оформление перерыва в работе, переводов на другое рабочее место и окончания работы.

Оформление работы. Работы в электроустановках производятся по письменному или устному распоряжению. По письменному распоряжению – наряду, определяющему категорию и характер работы, её место и время, квалификационный состав бригады, условия безопасного выполнения, ответственных работников (руководитель или производитель работ и наблюдающий), выполняют работы с полным и частичным снятием напряжения, а также работы без снятия напряжения вблизи и на токоведущих частях, находящихся под напряжением. По устному распоряжению работы могут выполнятся только в аварийных случаях, а также некоторые работы без снятия напряжения, выполняемые вдали от токоведущих частей, находящихся под напряжением.

Допуск к работе. Допуск бригады к работе осуществляет специальный работник в присутствии бригады и руководителя работ. В случае если работа выполняется по приказу энергодиспетчера, приказ одновременно является разрешением на допуск бригады к работе. Перед допуском бригады к работе руководитель проводит инструктаж. При этом он уточняет границы участка, в пределах которого должны выполнятся работы, указывает категорию работ, определяет места установки заземляющих штанг и ограждения места работы, распределяет обязанности между членами бригады.

Надзор во время работы. Все работы на контактной сети, линиях электропередачи выполняются не менее чем двумя работниками. Надзор, как правило, осуществляет руководитель работ без права участия в работе. При необходимости, когда он как работник с высокой квалификационной группой сам выполняет наиболее сложную работу, надзор за исполнителями в это время ведет специально выделенный из членов бригады наблюдающий.

Оформление перерыва на работе, переводов на другое рабочее место и окончания работы. В процессе выполнения работы бригаде предоставляются перерывы для отдыха и приема пищи, а также в случае перехода от одной категории работ к другой. Перед началом перерыва руководитель дает команду о прекращении работы, убеждается в том, что все работники её окончили, убрали инструмент и приспособления, а при работе с отключением и заземлением сняли заземляющие штанги. После этого руководитель собирает всю бригаду вместе и объявляет перерыв. По окончанию перерыва руководитель заново осуществляет допуск к работе. Перевод бригады на другое рабочее место допускающий или ответственный руководитель оформляет в наряде. По окончании работы бригада приводит рабочее место в порядок, а руководитель после организованного выхода бригады осмотра оборудования и места работы расписывается в наряде об её окончании.

4.3 Технические средства защиты, обеспечивающие безопасность работ; оценка их эффективности

Электрозащитные средства по назначению подразделяются на: изолирующие; ограждающие; вспомогательные.

Изолирующие служат для изоляции человека от токоведущих частей и в свою очередь подразделяются на основные и дополнительные.

Основные — это те средства защиты, изоляция которых длительно выдерживает рабочее напряжение. Они позволяют прикасаться к токоведущим частям под напряжением. К ним относятся:

– изолирующие штанги;

– изолирующие и электроизмерительные клещи;

– диэлектрические перчатки;

– диэлектрическая обувь;

– слесарно-монтажный инструмент с изолирующими рукоятками;

– указатели напряжения.

Дополнительные средства сами по себе не обеспечивают защиту от электрического тока, а применяются совместно с основными средствами, это ­­изолирующие подставки, коврики, боты.

Ограждающие защитные средства служат для временного ограждения токоведущих частей, а также для предупреждения ошибочных действий в работе с коммутационной аппаратурой. Это переносные ограждения, щиты, изолирующие накладки, переносные заземления. Вспомогательные средства служат для защиты от падения с высоты и прочих повреждений. К ним относятся предохранительные пояса, страхующие канаты, когти, очки, рукавицы.

Сигнализация (звуковая, световая и комбинированная) предназначена для предупреждения персонала о наличии напряжения или его отсутствии.

Плакаты служат для предупреждения об опасности приближения к частям электроустановок. Они могут быть: предупреждающими, запрещающими, предписывающими и указательными.

Блокировка — это устройство, предотвращающее попадание работающих под напряжение в результате ошибочных действий. Блокировка по принципу действия подразделяется на: электрическая (непосредственно коммутирует блок контакта в электрической цепи); механическая (запирает замок).

Основными мерами защиты от поражения электриче­ским током являются:

- обеспечение недоступности токоведущих частей, на­ходящихся под напряжением, для случайного прикосно­вения;

- электрическое разделение сети;

- устранение опасности поражения при появлении на­пряжения на корпусах, кожухах и других частях элек­трооборудования, что достигается защитным заземле­нием, занулением, защитным отключением;

- применение малых напряжений;

- защита от случайного прикосновения к токоведущим частям применением кожухов, ограждений, двойной изо­ляции;

- защита от опасности при переходе напряжения с выс­шей стороны на низшую;

- контроль и профилактика повреждений изоляции;

- компенсация емкостной составляющей тока замыка­ния на землю;

- применение специальных электрозащитных средств —­ переносных приборов и предохранительных приспособ­лений;

- организация безопасной эксплуатации электроуста­новок .

Применение малых напряжений. Если номинальное напряжение электроустановки не превышает длительно допустимого напряжения прикосновения, снижается опасность поражения электрическим током. Наиболь­шая степень безопасности достигается при малых напря­жениях 6—12 В при питании потребителей от аккуму­ляторов, гальванических элементов, выпрямительных установок, преобразователей частоты, понизительных трансформаторов на напряжение 12, 24, 36, 42 В. При­менение малых напряжений ограничивается трудностью осуществления протяженной сети. Поэтому областью применения малых напряжений являются ручной элек­трифицированный инструмент, переносные лампы, лампа местного освещения, сигнализация.

Электрическое разделение сети. Разветвленная сеть большой протяженности имеет значительную емкость и малое активное сопротивление изоляции относительно земли. Ток замыкания на землю в такой сети может быть значительным. Если единую сильно разветвленную сеть с большой емкостью и малым сопротивлением изоляции разделить на ряд небольших сетей такого же напряже­ния, которые будут обладать незначительной емкостью и высоким сопротивлением изоляции, опасность пора­жения резко снизится. Обычно электрическое разделение сетей осуществляется путем подключения отдельных электроприемников через разделительный трансформа­тор, питающийся от основной разветвленной сети.

Защита от опасности при переходе напряжения с выс­шей стороны на низшую. При повреждении изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений транс­форматора возникает опасность перехода напряжения и, как следствие, опасность поражения человека, возникно­вения загорании и пожаров. Способы защиты зависят от режима нейтрали. Сети напряжением до 1000 В с изо­лированной нейтралью, связанные через трансформа­тор с сетями напряжением выше 1000 В, должны быть за­щищены пробивным предохранителем, установленным в нейтрали или фазе на стороне низшего напряжения трансформатора. Тогда в случае повреждения изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений этот предохранитель пробивается и нейтраль или фаза низ­шего напряжения заземляется. Мерой защиты является снижение этого напряжения до безопасного заземлением нейтрали с сопротивлением меньше чем 4 Ом. Пробивные предохранители применяются при высшем напряжении более 3000 В. Если высшее напряжение ни­же 1000 В, пробивной предохранитель не срабатывает. Поэтому вторичные обмотки понизительных трансфор­маторов для питания ручного электроинструмента и руч­ных ламп малым напряжением заземляют.

Контроль и профилактика повреждений изоляции. Профилактика изоляции направлена на обеспечение ее надежной работы. Прежде всего необходимо исклю­чить механические повреждения, увлажнение, химиче­ское воздействие, запыление, перегревы. Но даже в нор­мальных условиях изоляция постепенно теряет свои пер­воначальные свойства. С течением времени развиваются местные дефекты. Сопротивление изоляции на­чинает резко уменьшаться, а ток утечки — непропорцио­нально расти. В месте дефекта появляются частичные разряды тока, изоляция выгорает. Происходит так назы­ваемый пробой изоляции, в результате чего возникает ко­роткое замыкание, которое, в свою очередь, может при­вести к пожару или поражению людей током. Чтобы поддерживать диэлектрические свойства изо­ляции, необходимо систематически выполнять профилак­тические испытания, осмотры, удалять непригодную изоляцию и заменять ее. Периодически в помещениях без повышенной опасно­сти и в опасных помещениях соответственно не реже од­ного раза в два года и в полгода проверяют соответствие сопротивления изоляции норме. При обнаружении де­фектов изоляции, а также после монтажа сети или ее ремонта на отдельных участках отключенной сети между каждым проводом и землей или между проводами раз­ных фаз проводят измерения.

Однофазные замыкания тока, которые могут возник­нуть в электрических машинах, аппаратах, приборах опасны тем, что на корпусах и опорах появляют­ся напряжения, достаточные для поражения человека и возникновения пожара. Ток замыкания создает опас­ные напряжения не только на самом оборудовании, но и возле него, растекаясь с оснований и фундаментов.

Защиту от поражения электрическим током и воз­горании можно осуществить защитным отключением (отключают поврежденный участок сети быстродейству­ющей защитой), либо защитным заземлением (снижают напряжения прикосновения и шага), либо занулением (отключают оборудование и снижают напряжения прикосновения и шага на период, пока не сработает отключающий аппарат). Рассмотрим эти важнейшие меры защиты в электро­установках.

Главное назначение защитного заземления — понизить потенциал на корпусе электро­оборудования до безопасной величины. Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей металлических нетокопроводящих частей, которые могут оказаться под на­пряжением. Корпуса электрических машин, трансформаторов, светильников, аппаратов и другие металличе­ские нетоковедущие части могут оказаться под напряжением при замыкании их токоведущих частей на корпус. Если корпус при этом не имеет контакта с землей, при­косновение к нему так же опасно, как и прикосновение к фазе. Если же корпус заземлен, он окажется под на­пряжением. а человек, касающийся этого корпуса, попадает под напряжение прикосновения. Безопасность обеспе­чивается путем заземления корпуса заземлителем, име­ющим малое сопротивление заземления и малый коэф­фициент напряжения прикосновения. Сопротивление тела человека и заземлителя параллельно. Поэтому преобладающая часть тока замы­кания на землю пройдет через заземлитель и только незначительная часть — через тело человека. В этом суть применения защитного заземления. Защитное заземление может быть эффективно в том случае, если ток замыкания на землю не увеличивается с уменьшением сопротивления заземления. Это возмож­но в сетях с изолированной нейтралью, где при замыкании на землю или на заземленный корпус ток не зависит от проводимости (или сопротивления) заземления, а так­же в сетях напряжением выше 1000В с заземленной ней­тралью. В последнем случае замыкание на землю явля­ется коротким замыканием, причем срабатывает макси­мальная токовая защита. В сети с заземленной нейтра­лью напряжением до 1000 В заземление неэффективно, так как даже при глухом замыкании на землю ток зави­сит от сопротивления заземления и с уменьшением последнего ток возрастает.

Область применения защитного заземления: сети до 1000В переменного тока — трехфазные трехпроводные с изолированной нейтралью; однофазные двухпроводные, изолированные от земли, а также постоянно­го тока двухпроводные с изолированной средней точкой обмоток источника тока; сети выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтральной или средней точек обмоток источников тока.

Защитному заземлению подлежит оборудование: в помещениях с повышенной опасностью и особо опас­ных, а также в наружных установках заземление явля­ется обязательным при номинальном напряжении элек­троустановки выше 42 В переменного тока и 110 В по­стоянного тока; в помещениях без повышенной опасности заземление является обязательным при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока; во взрывоопасных помещениях заземление выполня­ется независимо от значения напряжения.

Защитное отключение — быст­родействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения человека током. Такая опасность может возникнуть при замыкании фазы на корпус, сни­жении сопротивления изоляции сети ниже определенного предела и, наконец, в случае прикосновения человека не­посредственно к токоведущей части, находящейся под напряжением.

Защитное отключение применяется в тех случаях, когда другие защитные мероприятия (заземление, зануление) ненадежны, трудно осуществимы, дороги или когда к безопасности обслуживания предъявляются повышенные требования (в шахтах, карьерах), а также при передвижных элект­роустановках. Область применения устройств защитного отключения практически не ограничена: они могут при­меняться в сетях любого напряжения и с любым режимом нейтрали. Однако наибольшее распространение устрой­ства защитного отключения получили в сетях до 1000 В (с заземленной и изолированной нейтралью). Защитное отключение является незаменимым для ручных электро­инструментов.

Во всех этих случаях опасность поражения обуслов­лена напряжением прикосновения или током, прохо­дящим через человека. Основными элементами устройств защитного отключения являются прибор защитного отключения и автомат. Прибор защитного отключения состоит из отдельных элементов, которые воспринимают входную величину, реагируют на ее изменения и при заданном ее значении дают сигнал на от­ключение выключателя. Этими элементами являются: датчик — входное устройство (как правило, реле соответствующего типа); усилитель, усиливающий сигнал датчика; цепи контроля; вспомогательные элементы (сиг­нальные лампы и измерительные приборы — омметры и другие).

Основные требования, которым должны удовлетво­рить устройства защитного отключения, такие: высокая чувствительность; малое время отключения; селектив­ность действия; способность осуществлять самоконтроль исправности; достаточная надежность.

В зависимости от принятых входных (контролируемых) величин устройства защитного отключения условно делятся на следующие типы: реагирующие на потенциал (напряжение) корпуса относительно земли, ток замыка­ния на землю, напряжение нулевой последовательности, ток нулевой последовательности, напряжение фазы относительно земли, оперативный ток, вентильные схемы.

Заключение

С активным развитием домашних компьютерных сетей в настоящее время становится важным вопрос об их квалифицированной разработке. Ведь от грамотного создания проекта сети зависит эффективность её дальнейшего функционирования. В результате проделанной работы была сначала спроектирована и создана компьютерная сеть в жилом микрорайоне по улицам Масленникова и 20 Лет РККА города Омска, объединяющая в себе четыре дома. После практической реализации сети в результате полученного опыта, и за счёт появления источника финансирования, было решено модернизировать и расширить сеть. В дипломном проекте описана разработка как простейший изначальной версии сети, не требующей больших финансовых вложений, так модифицированной. В итоге был создана современная компьютерная сеть, которая на данный момент является одной из крупнейших домашних сетей города Омска. В дипломном проекте найдены оптимальные решения для создания домашних сетей подключенных к сети Интернет по выделенному скоростному каналу, которые могут быть использованы в будущем при построении аналогичных сетей.

Модернизация сети позволила обеспечить высокий уровень стабильности работы всех участков сети. В итоге конечные пользователи получили доступ к сети Интернет с качеством связи и скоростью соединения превосходящей подключение через аналоговые модемы. Кроме того, сеть позволяет пользователям обмениваться программами, аудио и видео записями и играть в сетевые игры. В проекте также описана настройка сервера под операционную систему Linux.

Библиографический список

1 Горальски В. Технологии ADSL и DSL. М.: Лори, 2000, 296 с.

2 Барановская Т. П., Лойко В. И. Архитектура компьютерных систем и сетей. М.: Финансы и статистика, 2003, 256 с.

3 Манн С., Крелл М. Linux. Администрирование сетей TCP/IP. М.: Бином-Пресс, 2003, 656с.

4 Смит Р. Сетевые средства Linux. М.: Вильямс, 2003, 672 с.

5 Кульгин М. Компьютерные сети. Практика построения. СПб.: Питер, 2003, 464 с.

6 Таненбаум Э. Компьютерные сети. СПб.: Питер, 2003, 992 с.

7 Олифер В. Г., Олифер Н. А. Основы Сетей передачи данных. Курс лекций. М.: Интернет-Университет Информационных Технологий, 2003, 248 с.

8 Вишневский В. М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. М.: Техносфера, 2003, 512 с.

9 Гринфилд Д. Оптические сети, М.: ДС, 2002, 256 с.

10 Хольц Х., Шмит Б. Linux для Интернета и интранета. М.: Новое знание, 2002, 464 с.

11 Убайдуллаев Р. Р. Волоконно-оптические сети. М.: Эко-Трендз, 2001, 268 с.

12 Ибе О. Сети и удаленный доступ. Протоколы, проблемы, решения. М.: ДМК Пресс, 2002, 336 с.

13 Андерсон К. Минаси М. Локальные сети. М: Корона, 1999, 624 с.