Kábelezés, hálózatépítés...
2004/12/06 00:26
5679 megtekintés
A cikk már legalább egy éve nem frissült, az akkor még aktuális információk lehet, hogy mára elavultak.
Hálózat építésekor rengeteg dolgot kell figyelembe venni. A legjobb, ha erre szakosodott cégre bízzuk, már a tervezéstől kezdve. Azonban vigyázzunk, mert a hálózatépítés nem egyenlő egy krimpelőfogó és egy behúzódrót használatával: Komoly elektrotechnikai ismeretek szükségesek a sikeres teljesítéshez. Az erre szánt idő, és pénz később meg fog térülni, mégpedig az üzemeltetés során.

Bevezetés

Napjainkban a strukturált kábelezési rendszerek viharos elterjedésének lehetünk szemtanúi. Ma már többé-kevésbé mindenki egyetért azzal, hogy egy korszerű informatikai hálózat alapja a strukturált kábelezési rendszer. A strukturált kábelezési rendszerek általában az épületek felújítási, építési munkálataival együtt kerülnek kiépítésre. Általában az összköltségvetés 2 %-át (ez gyakran kevesebb, mint amit az építési projektben tartalékként meghatároznak) teszi ki az erre a célra fordítandó összeg, ami persze így sem kevés. Megkívánt élettartamuk is ennek megfelelően legalább 10-15 év. Ilyen hosszú időre, figyelembe véve az információtechnológia szédítő fejlődési ütemét, nehéz megjósolni, hogy milyen alkalmazások és technológiák fogják uralni a hálózatok világát. Egy bizonyos: az átviteli sebesség nő. A döntéshozók számára ezért nehéz feladatot jelenthet a legmegfelelőbb megoldás kiválasz-tása. Mivel a szakirodalomban méltatlanul ritkán, és meglehetősen egyoldalúan esik szó erről a nagyon fontos informatikai építőelemről, az alábbiakban megkíséreljük összefoglalni a legfontosabb alapfogalmakat, technológiákat, amelyekkel a felhasználó egy-egy strukturált kábelezési rendszerre benyújtott ajánlatban találkozhat.

Szabványok

A strukturált kábelezési rendszerekről szólván az egyik legfontosabb dolog a rendszerek szabványossága. A szabványoknak tökéletesen megfelelő kábelezési rendszerek garantálhatják ugyanis azt az alkalmazásfüggetlenséget, amit a hosszú élettartam alatt megkövetelhető. A strukturált kábelezési rendszerek több tízéves múltra tekintenek vissza. Az eredeti ötlet az Egyesült Államokban született meg, így az első, ilyen rendszereket leíró nemzeti szabvány is, az EIA/TIA 568, több mint tíz évvel ezelőtt. Ez a szabvány, bár több módosítást megélt, az eredeti árnyékolatlan sodrott érpáras (UTP) kábelezési koncepciót veszi alapul. Európában, így hazánkban is a mérvadó szabvány az ISO/IEC IS 11801, amelynek európai megfelelője az EN50173. Ezek a szabványok 1995 óta vannak érvényben, és már figyelembe veszik a legújabb hálózati technológiák által támasztott követelményeket, az időközben kifej-lesztett új kábeltípusok (FTP, 120 ohm-os karakterisztikus impedanciájú kábelek, stb.) által nyújtott lehetőségeket. A kábelezési rendszernek, mint egésznek kell szabványosnak lennie, ezért fontos, hogy a rendszer minden eleme olyan gyártótól származzon, amely garantálni tudja ezt. Ezek után az első, és talán legfontosabb kiválasztási szempont a szabványosság hiteles bizonyítása.

CAT3, CAT5, CAT6...?

A fenti rövidítések a strukturált kábelezési rendszerek átviteli paramétereivel kapcsolatosan, és többek között az átviteli frekvenciatartományt határozzák meg MegaHertz-ben. Minél szélesebb ez a tartomány, annál nagyobb átviteli sebesség érhető el. A CAT3 kábelezési rendszerek 1 Hz-16 MHz-es, a CAT5 1 Hz-100MHz-es, a CAT6 1 Hz-600 Mhz-es tartományban garantálják a megfelelő átviteli paramétereket (egyenletes csillapítás, áthallás értékek, NEXT, jel-zaj viszony, stb.). A strukturált kábelezési rendszerekkel foglalkozó nemzetközi szervezet, az ISO/IEC JTC 1/SC 25 WG3, nyilat-kozataiban a kérdés kapcsán kijelentett, hogy az ISO, IEC és ITU nemzetközi szabványok megalkotására jogosult szervezetek a CAT5 kábelezési rendszereket leíró nemzetközi szabványokat veszik alapul a következő évtizedben, mivel ezek a rendszerek a legmagasabb igényeket támasztó átviteli módoknak is megfelelnek.

MHz = Mbps ?

A fenti kérdés gyakran felvetődik a strukturált kábelezési rendszerekkel kapcsolatban, hiszen némely gyártó MHz-ben, míg mások Mbps-ban adják meg az átviteli paramétereket. Mint a fentiekben láthattuk a CAT3 és CAT5 szabványok MHz-ben adják meg a követelményeket a sávszélességre. Az átvitt adatmennyiség (Mbps) és a szükséges sávszélesség (MHz) között nem egyértelmű a megfeleltetés. A kapcsolatot a kettő között az adatok vonali kódolásának módja adja meg. Általánosságban elmondható, hogy a bonyolultabb kódolási módszerekkel (drágább, speciális hálózati kártyákkal) kisebb sávszélesség szükséges adott adatmennyiség átviteléhez.

Nézzünk néhány példát!

A fentiekből látható, hogy az a kábelezési rendszer, amely alkalmas pl. 155 Mbps átvitelére, még nem biztos, hogy kielégíti a CAT5 szabvány követelményeit. A különböző kódolások bonyolultságának érzékeltetésére vegyük a CAP64 kódolási módot, ami elterjedt a műholdas átviteli technikában, és az adattechnikában, tehát ott, ahol valamilyen okból kifolyólag kevés a rendelkezésre álló sávszélesség. A kódolás 64 különböző kódszimbó-lumot használ, az átvitel egy ún. vivőmentes amplitudó- és fázismodulációval történik. A 622 Mbps-os jelet 4 jelkomponensre bontják szét, égy így továbbítják a CAT5 kábel (lehet az bármely gyártó szabványos terméke) négy érpárján CAT64 kódolással. A fenti átvitel laboratóriumi körülmények között sikeresen megvalósult. E rövid leírásból talán érzékelhető, hogy a kóder-dekóder egység biztosan bonyolultabb, mint egy Ethernet kártya. Az ehhez hasonló eredmények jelentős állomásai a technika fejlődésének, de gyakran a felhasználók számára félreérthetőek, ha a kísérlet fontos részleteit mágikus betűkombinációk mögé rejtik el. Tehát a válasz: a MHz nem egyenlő a Mbps-al. A szabványok MHz-ben írják elő a követel-ményeket!

UTP vagy FTP ?

Az elektromágneses környezetszennyezés, és általában az elektromágneses zajkibocsátással kapcsolatos kérdések egyre gyakrabban kerülnek napirendre. Általában ennek kapcsán került szóba az árnyékolatlan (UTP) vagy árnyékolt (FTP) kábelezési rendszer választásának dilemmája. Sajnos a szabványosítás a strukturált kábelezési rendszerek EMC paramétereivel kapcsolatban még nem mutat olyan megnyugtató képet, mint más területen. Az EMC szabályok megalkotása sok huzavonával jár, és még a mai napig nem zárult le. A strukturált kábelezési rendszerek EMC paraméterek mérésére jelenleg nincs érvényes európai szabvány! Csupán az elektromágneses zajkibocsátás szempontjait kell figyelembe vennünk, ha az UTP-FTP választás előtt állunk? Hogy megválaszolhassuk ezt a kérdést, vegyük szemügyre kicsit közelebbről az UTP és FTP kábeleket! Az UTP kábelek (Unscreened Twisted Pair, azaz árnyékolatlan sodrott érpáras) kábelek, mint minden más strukturált kábel 4 érpárat tartalmaznak. A kérdés az, hogyan lehetséges elektromos jelek átvitele az FTP kábelen anélkül, hogy az ne kezdjen el antennaként sugározni, és ugyanakkor mi módon lehet megvédeni a kábeleket a külső elektromágnes zajoktól? Az UTP kábelek a két problémára ugyanazt a megoldást biztosítják: a kábelek sodrását (twist). Tökéletesen kivitelezett sodrás esetén a kis kábel hurkokban a kábelekben folyó áram által indukált, illetve a külső elektromágnesen zavarjelek kioltják egymást. Ez csak egy bizonyos frekvenciahatáron belül igaz. A mai gyártástechnológiával elérhető sodrási hurokhosszakkal ez a frekvenciahatár 30-40MHz körül van, az e feletti frekvenciatartományban ez a módszer hatástalan. A mai hálózati technológiák (Pl. ATM) már elérték ezt a határt, és az adatsebesség növekedésével a jövő technológiái biztosan túl fognak lépni ezen. Amint a fentiekből láttuk, egészen nagy adatsebességek is elérhetők kis sávszélességekkel. A kérdés, mennyibe kerülhet egy ilyen bonyolult kódolást alkalmazó hálózati kártya?

A másik probléma ami az UTP kábelekkel kapcsolatban felmerül, a kiegyensúlyozott sodrási struktúra megtartása a gyártás és a telepítés során. Mivel az UTP kábel esetében csak a kábelek sodrásának egyenletessége biztosítja a zavarszűrést, ezért nagyon fontos, hogy a legjobb minőséget garantáló, jónevű kábelgyártóktól származó termékeket válasszunk. A telepítés során fellépő hatások megértéséhez végezzünk el egy egyszerű kísérletet: fonjuk össze mutató és középső ujjunkat, majd próbáljuk meg behajlítani. Amint tapasztalhatjuk a hajlítás hatására "összesodrott" ujjaink szétcsúsznak, ami azt jelenti, hogy a hajlítás hatására a sodrás felbomolhat, a kábelek zavarvédettsége megszűnhet. Ez a telepítőkkel szemben támaszt nagyfokú technológiai követelményeket (a hajlítási sugár betartása). A telepítés kapcsán még egy problémát kell megemlítenünk, a kábelek körül elhelyezkető fémtárgyak hatását az átviteli paraméterekre. A jelgenerátorok (hálózati kártyák) által generált jelek ideális esetben teljesen szimmetrikusak. Ezek a jelek az átvitel során csak akkor nem torzulnak, ha az UTP kábelek impedanciája az egész kábel hosszúságában egyenletes. Ez csak tökéletesen homogén földelési rendszerrel és a fémtárgyak, nagyfeszültségű kábelek megfelelő távolságon kívül történő tartásával biztosítható (pl: a 220V-os külön nem árnyékolt hálózati kábel és az UTP kábel minimális távolsága 12,7 cm lehet az EIA/TIA 569 szabvány szerint).

A fentiek mellett az UTP kábelezési rendszerek megfelelő, és olcsó megoldást kínálnak a napjaink korszerű irodai környezetében telepítendő rendszerek számára. Ezek után vegyük szemügyre az FTP (Foiled Twisted Pair, azaz fóliaárnyékolású sodrott érpáras) kábeleket és kábelezési rendszereket! Ezeket a kábeleket gyakran tévesztik össze az STP (Screened Twisted Pair, azaz árnyékolt sodrott érpáras) kábelekkel. Pedig a különbség alapvető. Az STP kábelek esetében az árnyékolást egy, a koaxiális kábeléhez hasonló rézháló biztosítja, míg az FTP esetében ez egy vékony fémfólia köpenyt jelent a sodrott érpárak körül. Az STP kábelek sokkal vastagabbak, nehezebben telepíthetők, mint az FTP kábelek, árnyékolási paramétereik pedig rosszabbak, főként a nagyobb frekvenciák tartományában.

Vajon miért van szükség egyáltalán az árnyékolás különböző módjaira?

Az UTP és az FTP kábelek tervezésének egész filozófiája más. Míg az előbbi a zavarjelek kioltásán alapuló megoldást javasol a kábelek sodrása és balunok, szűrők alkalmazásával, addig az utóbbi ezen felül az árnyékolás révén kiküszöböli, hogy a zavarjelek egyáltalán megjelenjenek a kábeleken. Amint a fentiekben láttuk az UTP kábelek által biztosított zavarszűrő hatás csak a 30-40 MHz tartományig biztosított. Az FTP kábelek tervezésénél a fő szempont az árnyékoló hatás kiterjesztése a CAT5 szabvány által előírt átviteli tartomány felső, nagyobbik részére. Ezt a feladatot a megfelelően megválasztott anyagú és vastagságú árnyékoló fóliával oldották meg, amely hatását a 30 MHz-es tartomány felett fejti ki. Ez biztosítja, hogy a jövő nagysebességű, nagy sávszélességű alkalmazásai sem okoznak majd kellemetlen zavarokat az átvitelben. Természetesen, mint minden technológiával kapcsolatban, az FTP azaz árnyékolt kábelezési rendszerrel kapcsolatban is elhangoznak ellenérvek. Vegyük sorra őket! Az FTP kábelekkel kapcsolatban gyakran hangoztatják, hogy nehezebb telepíteni őket a nagyobb megengedett hajlítási sugár miatt. Amint láttuk ezt az UTP kábeleknél sem hagyható figyelmen kívül.

A másik gyakran hangoztatott ellenérv az árnyékolt kábelezési rendszerekkel kapcsolatban, hogy bonyolult földelési struktúrát igényelnek, és a földelő hálózat hatalmas antennaként viselkedhet. A magyarázathoz először tisztáznunk kell a földelés és az árnyékolás közötti különbséget. A védőföldelés szerepe az 50-60 Hz-es (igen kis frekvenciás) nagy hibaáramok elvezetése, amelynek kiépítése kötelező akár UTP, akár FTP kábelezési rendszer került megvalósításra. Az árnyékolás mechanizmusa 0,1 MHz felett teljesen független a földeléstől, ugyanis a felületi áramok effektusán alapul. Ez azt jelenti, hogy a zavarjel nem hatol be az árnyékoló fóliába, hanem mint egy tükörről visszaverődik róla. 0,1 MHz alatt a változó elektromos mezők (irodai környezet) hatására létrejövő áramok elvezetésre elengedő az árnyékolást egy ponton, pl a rendezőszekrényben a védőföldelési rendszerhez kapcsolni.Az árnyékolás mind végén történő földelésére csak ipari környezetben, lassan változó mágneses mezők (motorok) esetén van szükség, ahol egyébként is különlegesen fontosak az árnyékolási kérdések.

Az antenna-effektus kapcsán gondoljuk végig mi az antenna definíciója! Az antenna olyan elektromos vezető, amelynek méretei összemérhetőek a kisugárzott elektromágneses hullám hullámhosszával. A strukturált kábelezési rendszereket leíró szabványok szerint a megengedett kábelhossz 90 m. Ez azt jelenti, hogy az FTP strukturált kábelezési rendszer árnyékolása, jóval 0,1 MHz feletti frekvenciatartományban viselkedne antennaként, amely frekvenciákon a földelési hálózat nem elektromos vezető. Továbbmenve, ahhoz hogy egy kábel árnyékolása antennaként viselkedjen, változó áramnak kell rajta átfolynia. Mivel az árnyékolás potenciálja rögzített a védőföldeléshez, ez nem következhet be. Ez még abban az esetben sem történhet meg, ha zavaráramok folynak a védőföldelési hálózatban, hiszen ezek az áramok a fentiekben foglaltak miatt sohasem jutnak el a nagy ellenállású árnyékoló fóliákra. Természetesen ahhoz, hogy az árnyékolás teljesen kifejthesse jótékony hatását, a rendszer egyéb elemeinek (patch panelek, fali csatlakozók stb.) is célszerűen árnyékoltnak kell lennie.

A harmadik gyakori ellenérv az árnyékolással kapcsolatban az, hogy növeli a kábel csillapítását. Ez így igaz. Az ezt bizonyító tesztek során egy UTP kábelt helyeztek el egy fémcső belsejében, és a mért csillapítás növekedés 2,5 % volt. Vajon ez meggyőző érv az FTP kábelek rovására, vagy csak még egy bizonyíték, amely alátámasztja az UTP kábelek érzékenységét a környezetükben levő fémtárgyakkal szemben? Ez utóbbiról van szó, hiszen az FTP kábelek gyártói tisztában vannak ezzel az effektussal, a kábelek tervezésénél figyelembe is veszik és megfelelően kompenzálják. Az UTP kábeleknél elmondottakkal ellentétben az FTP kábelek jóval kevésbé érzékenyek a környezetükben levő egyéb vezetők jelenlétére ( az előző példánál maradva pl. a 220V-os külön nem árnyékolt hálózati kábel és az FTP kábel minimális távolsága 5 cm lehet az EIA/TIA 569 szabvány szerint). FTP kábelek alkalmazása olyan, igényesebb számítástechnikai környezetben javasolt, ahol a zavarvédettség biztosítása különösen fontos, illetve ahol várhatóan a felhasználók nagy száma igényli majd hamarosan a nagysebességű (pl. Fast Ethernet, ATM) hálózati hozzáférést (kórházak, bankok, kormányzati intézmények, egyetemek).

Csatlakozz hozzánk!

Ajánljuk

European Schoolnet Academy Ingyenes online tanfolyamok tanároknak
School Education Gateway Ingyenes tanfolyamok és sok más tanárok számára
All you need is code Minden a kódolás tanulásához
eBiztonság Minősítés Minősítési rendszer oktatási intézményeknek