Локальная вычислительная сеть оптоволокно
В этом уроке я хочу рассказать Вам об основных принципах организации сети предприятия на основе оптоволокна. Тонее – об использовании данного типа соединения для построения магистральных коммутационных линий географически распределенной сети.
Недавно в организации, где я работаю, была реализована подобная схема включения магистральных оптических линий в общую структуру локальной сети предприятия. Вот именно ее я бы и хотел сегодня с Вами подробно разобрать.
Давайте сразу перейдем к делу и для лучшего понимания задачи, схематически изобразим план будущего покрытия оптоволоконной сетью наших объектов:
Итак, что мы видим на схеме? Корпус главного офиса и четыре удаленных здания, небольшие локальные сети которых требуется соединить с основной сетью предприятия.
Как видите, расстояние между главным зданием и «Объектом №1» порядка одного километра (1000 метров). Красной линией на схеме обозначен наш волоконно-оптический кабель (отрезок протяженностью чуть более двух километров без использования активного коммутационного оборудования и усилителей оптического сигнала). Пять небольших квадратов на схеме – коммутационные шкафы, установленные в каждом из отдельно стоящих зданий.
Общая схема выглядит следующим образом: волоконно-оптический кабель из главного офиса прокладывается по столбам с силовым кабелем к зданию №1, «заводится» в здание (через крышу или иным другим способом), а внутри здания подводится к коммутационному шкафу и там разваривается.
В результате проделанной операции: один конец кабеля оказывается выведенным на переднюю панель внутри комутационного шкафа, а второй – транзитом идет дальше к зданию №2. Там производится аналогичная операция и кабель уходит з зданию №3 и т.д., пока все необходимые нам объекты на будут «накрыты».
После чего: в каждый из коммутационных шкафов устанавливается нужное нам количество сетевых коммутаторов (свитчей), а к ним уже подводятся обычные сетевые кабели рабочих станций локальных сетей каждого из зданий. Затем – коммутаторы последовательно соединяются между собой с помощью патч кордов, а магистральный порт первого из них – с заведенным в шкаф оптоволоконным кабелем (через медиаконвертер). В результате мы имеем одну большую локально-вычислительную сеть, географически распределенную на большой территории!
Еще не запутались? J Ничего, по ходу чтения материала все встанет на свои места.
Немного теории: мы знаем, что (согласно стандарту) максимальное расстояние, на которое может быть передан сигнал по кабелю «Ethernet» (витая пара) без использования усилителя сигнала, составляет 100 (сто) метров. При существенном превышении этого расстояния сигнал в кабеле начинает резко затухать и искажаться, что неминуемо приводит к потерям в передаваемой информации и, как следствие, – резкому снижению быстродействия сегмента сети (вплоть до полной его неработоспособности).
Примечание: На практике мы однажды использовали сегмент « Ethernet » кабеля без усилителя протяженностью более 150-ти метров. При этом сегмент автоматически перешел в режим работы со ста мегабит до десяти. Работал достаточно стабильно. Здесь многое зависит уже от того, насколько качественный кабель Вы используете, насколько аккуратно обжимаете и как прокладываете (без изломов и перегибов). Так что никто не запрещает Вам создавать сегменты сети большей длины, чем рекомендуется по стандарту, но в таком случае врядли стоит ожидать длительной стабильной работы сегмента сети на заявленных скоростях.
Поэтому примерно через каждые сто метров нам обязательно надо включать в сеть усилитель сигнала. Именно эту функцию, помимо непосредственно коммутации, и выполняют всем нам хорошо известные свитчи (коммутаторы). Они усиливают ослабевший электрический сигнал, подправляют его синусоидальную форму и передают дальше – до следующего коммутатора или конечного узла. Именно таким образом происходит передача сигнала в сетях стандарта «Ethernet».
Как видим на схеме выше, такой вариант нам не подходит, так как расстояние между двумя ближайшими зданиями составляет порядка одного километра. Да и расставлять свитчи там, по мере наращивания линии просто негде, так как местность там открытая, стоят только столбы линии электропередачи.
Вариант с использованием толстого коаксиального кабеля нам также не подходит. И – по той же причине. Максимальная длина сегмента сети с его использованием составляет 500 метров (и то на скорости в 10 мегабит). Наша же задача – организовать надежное и высокоскоростное соединение по локальной сети между удаленными филиалами предприятия.
Именно в таких случаях нам на помощь приходят высокопроизводительные оптоволоконные сегменты сети, которые обладают неоспоримыми преимуществами перед витой парой и коаксиальным кабелем.
Во первых: сегмент одномодового оптоволоконного кабеля (сейчас в основном используются кабели именно такого типа) без усилителя может иметь протяженность до 100 (ста) километров! Такое расстояние объясняется тем, что сигнал в таком типе кабеля передается не в виде слабых электрических колебаний, а в виде направленного светового пучка, который практически не подвержен затуханию.
Примечание: Существуют одномодовые и многомодовые оптические кабели. Разница обусловлена различной конструкцией несущего сигнал оптического волокна. В одномодовом кабеле свет распространяется одним пучком (одной «модой»), а в многомодовом свет распространяется многими пучками (есть много «мод»). Многомодовые оптические кабели используются там, где надо передать сигнал на небольшие расстояния (до двух километров). Одномодовое оптическое волокно может передавать сигнал без его дополнительного усиления на расстояние от двух до ста километров.
Конструкция одномодового и многомодового волокна отличается диаметром сердечника или световедущей части. Многомодовое волокно имеет больший диаметр сердечника, который значительно облегчает его соединение. С помощью многомодового оптического волокна можно одновременно передавать большое число световых мод, вводимых в оптическое волокно под разными углами. Все моды (или лучи) имеют различные траектории распространения по волокну, соответственно, время распространения мод также разное. В связи с этим, главным недостатком многомодового оптического волокна можно считать большую величину дисперсии, т.е. явления размывания оптического сигнала, приводящего к увеличению длительности импульса излучения при перемещении по оптоволокну. Дисперсия ограничивает полосу пропускания, а, следовательно, и дальность передачи сигнала. Именно эта особенность делает возможным использование многомодового волокна лишь на небольшие расстояния, обычно, не более 2 км .
Схематично распространение световых волн (пучков) в оптическом кабеле можно изобразить вот так:
Во вторых: в сетях данного типа скорость передачи данных может достигать нескольких терабит в секунду (естественно – при наличии соответствующего коммутационного оборудования). Оптоволоконный кабель имеет широкую полосу пропускания с частотой несущей более 1000 Гц. В оптоволоконном кабеле по его сердечнику, сделанному из кварцевого стекла, распространяется не электрический сигнал, а – световой. А скорость света – неизмеримо выше скорости распространения электрического сигнала.
В третьих: сети « Ethernet », на основе витой пары еще называют слаботочными сетями (из за природы сигнала, распространяемого по ним). Поэтому они в большой степени подвержены различным электрическим и электромагнитным наводкам и помехам, приводящим у ухудшению характеристик сигнала и снижению быстродействия сети на отдельных ее участках. Сети на основе оптического волокна избавлены от этих недостатков, так как по ним проходит не ток, а – свет. Они не подвержены воздействию грозовых разрядов, могут располагаться в непосредственной близости от линий электропередач, также имеют высокую стойкость к коррозии (являются диэлектрическими).
Давайте с Вами усвоим еще немного необходимого минимума теории по данной теме, без которого невозможно дальнейшее понимание принципа функционирования «ВОЛС» (волоконно-оптических линий связи).