ЭКСПРЕСС ЭЛЕКТРОНИКА № 5′03

Ситуация недорогих сетей принципи�ально иная, и в этом их коренное от�

личие. Домашним сетям неизбежно при�ходится приспосабливаться к застройкегорода. В некоторых местах прокладканевозможна, где�то нежелательна илиимеет высокую стоимость. Множествона первый взгляд незначительных помехчасто превращает подобные работыв «шаманство», требуя от проектировщи�ка глубоких знаний местных условий.Основным вариантом является линейный(рис. 1). В таком виде сеть представляет собой«гирлянду» в ее самом примитивноми ненадежном виде. Отказ любого про�межуточного узла вызывает прекраще�ние услуги абонентам, подключеннымдалее по линии. Вдобавок приходитсяконстатировать, чтоэто один из самыхраспространенных насегодня типов не�больших сетей. Такойформе способствуютособенности линей�ной городской заст�ройки, экономия ма�гистрального кабеля,стремление с мини�мальными затратами« д о т я н у т ь с я »до «перспективного»дома и т. п. Что же можно сде�лать для увеличениянадежности линей�ной структуры? Наи�более очевиднымвариантом будет

превращение «гирлянды» в «звезду»(рис. 2). Пусть кабели лежат рядом илидаже в одной оболочке, такой подход поз�волит избежать зависимости всей сетиот локального сбоя электропитания либонеисправностей активного оборудования.Иначе говоря, все узлы могут работатьс центральным независимо друг от друга. Отметим, что здесь нет ничего нового —именно так обычно строится внутридо�мовая проводка телефонии или СКС.Подобно этому использование одногофизического кабеля может с успехомприменяться для магистрали, особеннов сетях среднего и небольшого размера. Но, как правило, это технически осуще�ствимо (и рентабельно) только в случаеиспользования оптоволокна. Большоеколичество волокон в одном кабеле сто�

Павел Нагибинnag@nag.ru

Основной бич домашних сетей — трудности прокладки

кабелей. Спроектировать и построить инфраструктуру

крупного предприятия или межстанционные соединения

АТС можно не считаясь с затратами, подгоняя

«под проект» местные условия. При необходимости —

выкопать новый туннель, возвести эстакаду, проложить

подводный кабель и т. п.

Выбор топологиисети в реальныхусловиях

Выбор топологиисети в реальныхусловиях

Рис. 1. Линейная магистраль

Рис. 2. «Звезда», растянутая в линию

ee_02.qxd 4/28/03 11:34 AM Page 48

тем

а н

ом

ер

аТе

ле

ко

мм

ун

ик

ац

ии

49

ЭКСПРЕСС ЭЛЕКТРОНИКА № 5′03

ит не слишком дорого. В то же время длямедных многопарных кабелей при такомподходе нет места — 100–200 метров,вот предел их работы. А это очень малодля междомовых магистралей. Очевидно, что для любой среды передачикабель будет самым уязвимым звеном.Его повреждение вызовет отказ всех рас�положенных далее узлов без исключе�ния. Это основной и неустранимый недо�статок «линейной звезды». В случае применения отдельного кабеляглавным недостатком становится егобольшой расход. Кроме этого, использо�вать специальные решения типа П�296сложно — пучок толстых кабелей (около14 мм диаметром каждый) хорошо видени может легко привлечь нежелательноевнимание. К тому же выглядит это весь�ма некрасиво даже на большой высоте.Хотя кабели и разделены, но идут по од�ной трассе. Поэтому вероятность их од�номоментного отказа вполне вероятна.Описанных выше проблем можно избе�жать, если применить «линейное коль�цо». Действительно, совсем не обязатель�но замыкать магистраль при помощи сво�их кабелей. Это вполне можно сделатьи «через Интернет» (либо иную сеть пе�редачи данных) (рис. 3). Понадобится более тонкая настройкапрограммной части сети. В пользова�тельском компьютере может быть уста�новлен только один «шлюз по умолча�нию» (маршрутизатор, которому отправ�ляются дейтаграммы IP, адресованные вовнешние сети). Соответственно, в случае повреждениялинии в какой�либо точке желательнаавтоматическая подмена основного кана�ла резервным. Это сравнительно простосделать, используя фиктивные адресапользователей, и несколько более слож�но для реальных. Но в целом не пред�ставляется неразрешимой задачей. Как и в «классическом» кольце, общийотказ возможен только при одновремен�ной неисправности двух активных уст�ройств или повреждении кабелей в двухточках. Понятно, что вероятность такогособытия невелика и можно получить

вполне надежнуюсеть при «линей�ной» топологии,оплатив запаснойканал подключе�ния к Интернету. Нужно отметить,что резервныекоммуникациимогут быть значи�тельно менее ско�ростными, чем ос�

новные. А следовательно, относительнонедорогими, вполне по карману Ether�net�провайдеру средней величины. Еще одним вариантом «линейного коль�ца» считается «гирлянда», в которойпредусмотрена «обратная петля».То есть одна пара волокон в кабеле про�ходит через все активные устройствапо очереди, а вторая — идет цельнойи соединяет первый и последний узелсети (рис. 4). Этот вариант позволяет надежно и недо�рого защититься от отказов активногооборудования, но уязвим при поврежде�нии кабеля. Тем не менее, это, пожалуй,лучший способ для небольшой сети ли�нейной топологии, в которой построениеобычного кольца слишком сложно илидорого.

Но что делать, если финансовое положе�ние «начинающей» сети не позволяетприменить оптоволокно в «линейнойзвезде», «обратной петле», а также схемы,которые используют резервирование «че�рез Интернет»? В этом случае ситуациюможет облегчить (но не исправить полно�стью) следующая топология (рис. 5). То есть никогда не следует стремитьсяпостроить длинную «гирлянду» из по�следовательных активных устройств.

Целесообразнее выделить магистраль,использующую минимальное количествооборудования. Пусть иногда понадобит�ся «возвращаться» — расход кабеля приэтом не так и велик. Зато общая надеж�ность значительно возрастет. Например,для недорогого П�296 (П�270) вполне до�стижимо 400–500 метров без повторите�лей. Значит, на сеть радиусом 1,5 км(а это достаточно много) понадобитсявсего 4–5 устройств. В то время как припостроении «гирлянды» количество по�вторителей составит 15–20 штук. Правда, по всей вероятности, придетсяотказаться от 100baseT в пользу 10baseT.Пусть медленнее, но надежнее. Не нужнохорошо разбираться в теории вероятнос�тей, чтобы сделать вывод о времени про�стоя сети при разных топологиях постро�ения. Очевидно, что «гирлянда» будетдольше ремонтироваться, чем работать. В заключение, для иллюстрации общихпринципов, хотелось бы привести схемувполне реальной сети. Карту расположе�ния домов пришлось убрать из соображе�ний безопасности прокладок (рис. 6). Можно видеть два связанных кольца,в которых часть узлов является центромнебольших «звезд». Таким образом, пол�ностью вывести сеть из строя довольносложно. Обрыв любого кабеля на кольце

не остановит ра�боту. А оконеч�ные разветвленияпозволяют охва�тить значитель�ную территорию(практически весьжилой район). По сути, это ком�промисс «звезды»

и «кольца», адаптированный под имею�щиеся дома, с учетом минимальных за�трат кабеля и оборудования. И при усло�вии сохранения достаточной потенци�альной надежности. Стоит порекомендовать относитьсяк проектированию сети творчески, поройсамые эффективные решения не заметнына первый взгляд. А небольшое усложне�ние/удорожание может привести к суще�ственному росту надежности всей систе�

мы в целом.

Абонентскаясистема здания

Основное назна�чение абонент�ской системы зда�ния (иначе гово�ря, внутридомо�вой разводки) —подключение ко�

Рис. 3. Кольцо «через Интернет» в «линейной» сети

Рис. 4. Кольцо с «обратной петлей»

Рис. 5. Вариант сети в условиях максимальной экономии

ee_02.qxd 4/28/03 11:34 AM Page 49

тем

а н

ом

ер

а

50

ЭКСПРЕСС ЭЛЕКТРОНИКА № 5′03

Тел

ек

ом

му

ни

ка

ци

и

нечных пользователей к активному (ред�ко пассивному) оборудованию Ethernet�провайдера внутри одного дома. В функ�циональном плане эта цель почти совпа�дает (в терминах СКС) с горизонтальнойкабельной системой, но прокладка сетив жилом доме имеет ряд отличительныхпризнаков. Во�первых, оптимально в качестве базо�вого протокола использовать 10baseT,требования которого к качеству комму�никаций невысоки (достаточно 3�й кате�гории). Основным материалом бесспорноможно считать витую пару 5�й катего�рии. Единственное, на что следует обра�тить внимание, — число пар в кабеле.Спецификации Ethernet 10/100baseTявно определяют необходимый мини�мум — 2 пары, их максимальное количе�ство не ограничено и может быть выбра�но по потребности (например, достаточ�но широко используются 25� и 50�пар�ные кабели). Во�вторых, по вполне понятным эконо�мическим соображениям Ehternet�про�вайдерам приходится подстраиватьсяпод архитектурные особенности зданий.Нельзя прокладывать коммуникации не�взирая на расходы, как это принято приинсталляции СКС (тем более совмещатьих со строительством или капитальнымремонтом). Поэтому желательно ещена стадии проекта (или эскиза) учестьпропускную способность шахт слаботоч�ной проводки, вводов, возможность креп�ления кабелей, предусмотреть защиту ак�тивного оборудования от злоумышлен�ников и многое другое. В�третьих, не известно заранее ни коли�чество, ни расположение абонентов.Подводить кабели ко всем без исклю�чения квартирам имеет смысл тольков элитных домах. По статистике,

в большинствезданий в первыйгод подключаетсяпримерно 10%жильцов, и такиезатраты простоне обоснованы.В результате або�нентская системарастет постоянно,по мере увеличе�ния количестваабонентов. Учитывая выше�сказанное, рас�смотрим наиболееважный аспектв строительствеабонентской сис�темы здания —

топологию сети, которая определяетсяв основном местоположением активногооборудования.

Хаотичное расположение оборудования Подобная топология достаточно типичнадля начинающих сетей. Само названиеговорит о том, что упорядоченной струк�туры нет, оборудование ставилось, чтоназывается, где удобно. Например,нужно подключить соседа — ставитсякоммутатор в подъездном щитке. Илирасстояние до соседнего дома оказалосьслишком велико, в результате на чердаке(техэтаже) поставлено активное устрой�ство. А то и проще — в момент проклад�ки не удалось получить доступ на один

из этажей, нет никого из жильцов, —и поставлен дополнительный разветви�тель (рис. 7). Таким образом, причин и мотиваций мно�го — от вполне резонных до сиюминут�ных. Результат обычно получается впол�не работоспособным, но до опреде�ленных пределов, за которыми можетпоследовать частичная или полная нера�ботоспособность сети (нередко с трудно�объяснимыми симптомами). Можно согласиться, что современное ак�тивное оборудование очень дешево, на�дежно и позволяет легко создавать раз�ветвленные запутанные сети. Плюск этому используется минимальное коли�чество кабеля, и проводятся самые про�стые монтажные работы. Но для промышленного применениятакой вариант не годится по следующимпричинам: • Отдельное электропитание каждого ус�

тройства вызывает необходимостьподключения к силовой сети во мно�жестве точек. Пока это делается пи�ратским способом, особых трудностейне видно (кроме заметного снижениянадежности и повышения сложностиработ). Но как только потребуетсяофициальная сдача сети, пусть дажепервичной инстанции (ЖЭК, ДЭУ), бы�стро выяснится вся сложность ситуа�ции. Как минимум, потребуется элект�рический счетчик, щиток под него,предохранители. В общем, можно безпреувеличения сказать, что проблемыс пожарной инспекцией, энергосбы�

Рис. 6. Пример реальной домашней сети

Рис. 7. Абонентская система здания с хаотичным расположением оборудования

ee_02.qxd 4/28/03 11:34 AM Page 50

тем

а н

ом

ер

аТе

ле

ко

мм

ун

ик

ац

ии

51

ЭКСПРЕСС ЭЛЕКТРОНИКА № 5′03

том, ГСН и другими инстанциями будутфактически неразрешимы.

• Для оказания качественной услуги, на�дежной авторизации и защиты абонен�тов необходим удаленный контролькаждого пользователя на порту актив�ного оборудования (а не на шлюзе до�ступа к Интернету). Однако до выпусканедорогих малопортовых управляемыхкоммутаторов еще довольно далеко, ихотличие в стоимости от простейшихкоммутаторов (являющихся в настоя�щее время фундаментом хаотичных се�тей) пока достигает сотен долларов.Таким образом, рассматриваемая сетьс точки зрения администраторов явля�ется «черным ящиком», процессы внут�ри которого не поддаются контролю,и тем более, управлению.

• Обслуживание активного оборудова�ния едва ли не самая большая статьярасходов Ethernet�провайдеров. Оче�видно, что гораздо проще следитьза состоянием одного мощного комму�татора, чем десятка небольших, рассе�янных по дому (да еще с не всегда оче�видным местоположением, доступоми правом собственности). То же самоев полной мере относится и к защитеот злоумышленников — чем меньшеустройств, тем их проще защитить.

Полагаю, что даже одного из перечис�ленных пунктов достаточно для созданиямотивации к переходу на другие схемыпостроения абонентских систем здания(конечно, при наличии финансовых воз�можностей).

Структурирование по подъездам В этом варианте пользователи подключа�ются к «своему», обслуживающему каж�дый отдельный подъезд устройству (ком�мутатору). Оборудование всех подъездовподключено к одному коммутатору, кото�

ee_02.qxd 4/28/03 11:34 AM Page 51

тем

а н

ом

ер

а

52

ЭКСПРЕСС ЭЛЕКТРОНИКА № 5′03

Тел

ек

ом

му

ни

ка

ци

и

рый, в свою очередь, каким�либо образомвключен в магистраль. Этот вариант является фактическим от�ражением офисных локальных сетей.Только роль «вертикальной» межэтаж�ной магистрали играют «межподъездые»связи, а разводка внутри подъезда —аналог горизонтальной кабельной систе�мы этажа в терминах СКС (рис. 8). Такая схема может применяться, еслив подъезде имеется достаточное количе�ство абонентов (не менее 10–15), кото�рые оправдывают размещение отдельно�го коммутатора.Наиболее правильное место размещенияс точки зрения топологии сети — одиниз средних этажей. Однако, как правило,архитектурой отечественных зданий этоне предусмотрено, и приходится искатьместо на техэтаже, в подвале, лифтовойили других подобных местах. К тому жеможет проявиться главный недостатокцентрализованных схем — узость шахтслаботочной проводки. К сожалению,с этим приходится считаться, и нижебудет приведено несколько способовуменьшения остроты проблемы. Второй существенный недостаток. Хотьустройство и всего одно на подъезд, сдача«инстанциям» может оказаться слишкомдорогой, особенно в старых домах, гдеесть сложности с удобным местом разме�щения и правильным подводом питания.Хотя нельзя не признать, что если есть по�требность в установке коммутатора в каж�дом подъезде (много абонентов), должнохватить и средств на легализацию.

Один дом — один распределительный пункт Предельная централизация абонентскойсистемы здания — установка оборудова�ния в одной точке дома, в которую сходят�ся кабельные линии от всех абонентов. Протокол 10baseT позволяет на совре�менных кабелях 5�й категории нормаль�но работать на расстояниях до 200 мет�ров и более. Учитывая, что высота10�этажного дома около 30 метров, дли�на на подъезд примерно 25–30 метров,вполне достаточно одного активного ус�

тройства на 7–8 подъездов. В случае,если здание очень большое, целесооб�разно рассматривать его логическикак несколько домов, соединенных ма�гистралями (в том числе оптоволокон�ными) (рис. 9). Преимущества перед предыдущей схе�мой очевидны — установка, подвод пи�тания, обслуживание, защита от злоумы�шленников — все в одном месте. Но не�достатки тоже имеются, главным обра�зом, это кабельные линии большейпротяженности и большой толщины.Что лучше выбрать? Решение придетсяпринимать в основном из архитектур�ных соображений. Если протащить тол�стые пучки кабелей через шахты слабо�точной проводки реально, то вариантс одним распределительным пунктомболее предпочтителен. То же самоеможно сказать, если в подъезде прихо�дится прокладывать новые кабельныеканалы (это нередкий случай в старыхдомах, где слаботочная проводкане предусмотрена вообще). Когда коммуникационные трубы слиш�ком узкие, строение многоэтажное(более 10–12 этажей) и абонентов мно�го (или большие перспективы их появ�ления), целесообразно использоватьструктурную схему, ориентированнуюна установку активного оборудованияв каждом подъезде. Централизованная схема удобнее в от�носительно невысоком здании (менее10–12 этажей) и числом абонентовв подъезде не более 10–15. Практическипод это определение попадает около

Рис. 9. Абонентская система здания с одной точкой коммутации

Рис. 8. Структурированная по подъездам абонентская система здания

ee_02.qxd 4/28/03 11:34 AM Page 52

тем

а н

ом

ер

аТе

ле

ко

мм

ун

ик

ац

ии

53

ЭКСПРЕСС ЭЛЕКТРОНИКА № 5′03

90% отечественных домов, поэтому сто�ит считать данный вариант основным. Можно подчеркнуть дополнительноепреимущество схемы с одним распреде�лительным пунктом в доме. При развер�тывании сети часто бывает, что пользо�вателей мало (всего 1–2 на дом). Понят�но, что ставить в этой ситуациинесколько активных устройств сразуне выгодно. А когда сеть разрастется,не придется менять ее топологию — до�статочно вместо 6�портового коммутато�ра поставить мощный 25�портовый илидаже что�то более серьезное. Кабельнаясистема здания может остаться прежней.

Минимизация толщин кабельного пучкаТак или иначе, но чем тоньше кабель, темпроще его использовать на реальныхобъектах. При этом стандартный дляофисных локальных сетей 4�парный ка�бель является, пожалуй, наименее подхо�дящим решением из�за наличия двух не�используемых пар. Поэтому в стеснен�ных условиях целесообразно подключатьодин кабель сразу к двум портам (разде�ляя пары через розетку или плинт). Еще больший выигрыш дает 25� или50�парный кабель. Экономия толщиныв этом случае происходит за счет однойна все пары внешней оболочки и более

плотной упаковки пар. Но возникаетпроблема этажной разводки — делать ееполностью, на каждом этаже, не реально(дорого, да и качество электрическоготракта заметно снизится). Решить зада�чу можно следующими способами. Выводить из�под общей оболочкинесколько пар на каждом этаже (2, 4, 6или более), а остальные пускать дальшене разрезая. Но мне, к сожалению, не из�вестен «красивый» способ сделать это.Можно аккуратно вскрыть оболочкувдоль многопарного кабеля на длину око�ло 10 см, обрезать нужные пары с однойстороны и вывести их наружу. Далее, за�крыть надрез (скорее всего изолентой),и подсоединить выведенные пары к тон�кому кабелю (2� или 4�парному), которымвыполнена проводка до пользователя. С точки зрения стандартов, правильнееразделать весь многопарный кабельна одном из средних этажей на специ�альном плинте («Крона» или «110»),затем развести по абонентам подъездаобычной витой парой. Недостатки: боль�ший расход кабеля, относительно доро�гостоящий плинт (примерно $20), необ�ходимость запаса сечения кабельных ка�налов на «обратную» прокладку. Однако, несмотря на внешние сложнос�ти, использовать многопарный кабель

при массовых прокладках очень удоб�но. 25�парный кабель позволяет под�ключить 12 абонентов (эквивалентеншести обычным 4�парным витым па�рам, но значительно тоньше и удобнеев работе). Последнее время некоторые Ethernet�провайдеры стараются проложитьпо стояку слаботочной проводки подъ�езда 25�парный кабель сразу, «на вы�рост». Подключение пользователейк нему делается позже, по мере необхо�димости. Со стороны оборудования веськабель заводится на 50–100�парныйплинт, а далее (иногда через грозоза�щиту) в коммутатор. Такой подход позволяет подключатьдо 12 абонентов в каждом подъезденапрямую к коммутатору. При большемколичестве пользователей придетсяпрокладывать дополнительный кабель(не обязательно многопарный). Дополнительно остается дешевый вы�ход — подключить нескольких соседейна один коммутатор и передать его по�следним на полное «самообслужива�ние». Иногда это удобно как для про�вайдера (его ответственность заканчи�вается на «входящем» порту коммутато�ра), так и для абонентов — онисэкономят на подключении.

ee_02.qxd 4/28/03 11:34 AM Page 53