布线你知道吗?

 

  网络是将独立的设备连接在一起,并使它们可以共享信息和资源的连接系统。正确的设计和实施一个网络系统可以提高通信的速度和可靠性,从而使得一个系统工作起来更加富有效率。网络的建设应该满足已公布的国家和国际标准的要求,并应能够根据商业要求的改变进行不断的进化和升级。

  随着计算机的大量使用,人们越来越关注网络和布线的话题。以前,IT经理们对通信系统的关心只限于电话。反观现在,他们不得不面对更复杂,变化更快的计算和信息系统。在过去,台式计算机通常都是独立进行工作,。现在这种情况已经发生了变化。目前约有超过50%的商用计算机连在局域网中,它们可以大大的提高工作效率。局域网可以将计算机与服务器和外设连接在一起,或者为传感器、照相机、监视器以及其他电子设备提供信号通道。如果这些链路是以临时为基础,那么,工作区将很快就堆满了各种无法辨别的电缆,对它们进行故障排除和维护几乎是不可能的。

  将那些用于完成计算、建筑物安全以及环境控制等任务的电子设备集成到一个集成系统中去将会产生更大的效益。当这些独立设备的数量增加时,这些设备协同工作的优点就越发明显。当然,对设备链路的需求也将相应的增加。对于那些已经拥有了复杂计算机系统的公司来说,情况同样也在改变。从传统的主机和微型计算机到客户机/服务器系统的转变意味着专用网络必将被开放系统所取代。

  网络的使用也正在被扩展到新的领域。许多管理者将第一次面对如何为网络安全系统、视频会议系统以及多媒体信息系统制定布线策略的问题。由于网络的地位在不断地以这种方式进行扩展,因此,所有的管理层人员都需要了解网络的知识。

  

  网络建设的策略

  

  对网络和电缆类型的选择主要是由需要连接的设备的类型、它们的位置和它们的使用方式来决定的。在开始规划以前,给出关于网络潜在的负载说明是非常有必要的。当一个网络为多个系统服务时,应对它们的混合数据流量的峰值进行仔细的考虑。

  对于一个完整的新系统来说,负载评估的主要工作是计算网络节点数量,询问各部门在"最坏情况"下的使用要求。当对一个已存在的系统进行更换时,在计划更换之前,应对系统的使用方式进行一个星期或更长一段时间的监测。当软件的升级也是系统升级的一部分时,例如将计算机从 DOS 环境升级到 Windows 环境,对网络进行复杂的评估将是很困难的。然而软件供应商这时也许会给出一个关于网络通信流量的评估。在规划阶段,对未来需求的规划和对现在需求的规划应放在同等重要的地位上。

  布线系统的平均目标生命周期为 15 年,它与主要建筑物的整修周期是一致的。在这段时间内,系统的计算机硬件、软件和使用方式都将发生重大的变化。网络的吞吐量、可靠性和安全性的要求肯定都要增加。

  在网络建设的初期, 作为工作的重要组成部分, 专业人员还应为网络制定详细的技术指标。为网络和布线制定粗略的技术指标是IT管理员常犯的错误。不成熟的网络可能导致系统崩溃,代价将十分高昂,因此在网络的安装阶段过度地节省资金是一个不明智的做法。

  在制定网络详细技术指标时应考虑以下一些关键因素:

  

 

  网络配置的选择要旨

  目前常用的数据网络拓扑结构有三种。它们是环形网、总线形网和星形网。环形网,正如名字所描述的那样,是使用一个连续的环将每台设备连接在一起。它能够保证一台设备上发送的信号可以被环上其他所有的设备都看到。在简单的环形网中,网络中任何部件的损坏都将导致系统出现故障,这样将阻碍整个系统进行正常工作。而具有高级结构的环形网则在很大程度上改善了这一缺陷。

  令牌环

  环形网络的一个例子是令牌环局域网,它的传输速率为 4Mbit/s 和16Mbit/s,这种网络结构最早由 IBM 推出,但现在被其他厂家采用。在令牌 环网络中,拥有"令牌"的设备允许在网络中传输数据。这样可以保证在某一时间内网络中只有一台设备可以传送信息。

  总线形网络

  总线形网络使用一定长度的电缆,也就是必要的高速通信链路将设备连接在一起。设备可以在不影响系统中其他设备工作的情况下从总线中取下。总线形网络中最主要的实现就是以太网,它目前已经成为局域网的标准。连接在总线上的设备通过监察总线上传送的信息来检查发给自己的数据。当两个设备想在同一时间内发送数据时,以太网上将发生碰撞现象,但是使用一种叫作载波侦听多重访问/碰撞监测(CSMA/CD) 的协议可以将碰撞的 负面影响降到最低。

  星形网

  星形网的组成通过中心设备将许多点到点连接。在电话网络中,这种中心结构是PABX。在数据网络中,这种设备是主机或集线器。在星形网中,可以在不影响系统其他设备工作的情况下,非常容易地增加和减少设备。(待续)

  

  布线名词  


  上期我们所提到的, 不论是令牌网, 总线网或是星形网, 主要指的是网络的逻辑拓扑结构。然而在实际应用中,所有这些网络的物理拓扑结构一般都采用星形连接,星形连接在将用户接入网络时具有更大的灵活性。当系统不断发展或系统发生重大变化时,这种优点将变得更加突出。星形、总线形和环形网络都有各自的特点,对于网络结构的最终选择在很大程度上取决于当前的应用。然而星形物理拓扑结构是目前工业和商业网络中被普遍采用的一种物理拓扑结构。

  目前最流 行的10Base-T以太网是运行在平衡UTP铜缆上的,它的数据传输速率为10 Mbit/s。这种形式的以太网在大多数办公和工业应用中颇受欢迎。10Base-T 网络采用星形物理拓扑结构,在中心集线器上有少量的总线。同其他局域网系统一样,连接在 10Base-T上的计算机和其他有源设备 必须配有网卡 。

  作为10Base-T的升级形式,100Base-T的数据传输速率为 100Mbit/s,它是一种速率更高的以太网。100Base-T具有更广泛应用范围。从 10Base-T 升级到速度更快速版本 的以太网需要更换网卡、集线器,在某些情况下也可能需要更换新型电缆。

  ATM使用快速包交换技术在星形网中传输对延迟敏感的数据,它的传 输速度可以高达 622Mbit/s或更高。而光纤分布数据接口(FDDI)是一种高速令牌环网络,它在光纤上数据传输速率为100Mbit/s。FDDI系统可以有两个完整的光纤环,在恶劣环境中可以提供一定程度的冗余保护。使用平衡UTP电缆可以达到与FDDI相同的100Mbit/s 传输速率。这种网络被称为 TP-PMD (基于双绞线物理媒介)。

  而专用系统是第三种类型的网络通用结构。这种网络通常在基于标准的网络建立以前推出,专用网络系统通常只使用特定网络产品供应商的产品。大多数这类产品都出自 IBM 和王安电脑公司,这些网络采用星形拓扑结构。 这些网络最初使用昂贵的双轴或同轴屏蔽电缆。现在,在许多情况下,它们能够在带有平衡适配器(通常成为不平衡变压器)的平衡UTP电缆上进行操作。

  另外一种布线系统是串行通信系统。它们的通常是用来完成将终端和计算机直接与小型机、主机和外设连接在一起的任务,其速率较低。严格的说, 这类连接并不是真正的网络。然而,串行通信可以接入结构化布线系统并可通过集线器和干线进行走线。为了实现这一点,需要使用一个无源适配器或有源接口设备。串行通信主要有两种形式。异步串行通信以 38.4 Kbit/s 的速率进行工作,而同步串行通信以64kbit/s 的速率工作。这两种类型都需要通过串口进行连接。

  在网络建设中, 使用干线电缆将网络的多个网段连接在一起,这样可以在不增加布线的情况下使网络在更大的区域内提供服务。使用主干线可以将独立的集线器集合在一起,作为一个单元进行工作的高速链路。如果干线发生故障,单独的子网将可以继续独立的进行工作。干线电缆可以使用粗缆、细缆、UTP双绞线电缆或光缆。然而,在通 用布线标准中,推荐使用多膜光纤或UTP双绞线电缆作为干线电缆。为了组建大型网络,可以将任意类型的独立的局域网通过干线电缆、网桥或路由器连接在一起。在以太网中,出于安全和方便的考虑,通常将集线器集中在一个单独的房间内。在这种情况下,主干线的长度最短,系统经常被认为是一种折叠干线网络。象以太网一样,可以将令牌环网络连接起来组成大型网络, 而两个令牌环网络之间则需要路由器来连接。

  在许多布线系统的安装中,用户可以选择安装一个全新的网络或是对一个已经存在的网络进行整修。后一种方案通常可以节省很多投资,但它依赖现有布线系统与新网络的接入方法。然而,由于历史原因或投资原因而使用混合布线系统的临时网络具有很大的缺陷。如今的结构化布线系统可以使用一系列适配器来与所有主要硬件设备实现互连。这将使得已经建成的网络和新建的网络都可以从最新的布线技术中获益。

  

  布线的选择  

  布线是任何网络系统的关键部件之一,因此决策人员必须准备将网络总投资的 10%用于这一领域。由于不良的设计和不合格的安装而造成的网络 故障是最常见的,同时代价也是非常昂贵的,因此对高质量的布线和网络设计方面的投资绝对是物有所值。

  连接在网络中设备类型以及电缆上所承载的通信负载是选择电缆的关键因素。同时,在进行电缆选择时还应考虑以下因素:

  电缆的选择应综合考虑上述因素,但在布线系统中应首先确定是使用屏蔽电缆、非屏蔽电缆、光缆,还是将它们接合在一起使用。电缆通常使用带有绝缘层的导线并使用一层或多层塑料外皮。电缆中通常由2到1800个线对组成。大对数电缆通常用于主干布线系统,它们特别适合在话音和低速率数据应用中使用。

  这些电缆在干线和水平(集线器到桌面)布线系统应用中的最大长度在国际标准ISO/IEC IS11801中有详细的说明。需要注意的是这些最大长度限制适用于所有的媒介。它们并没有考虑由于网络使用的电缆类型和协议类型的不同而造成性能方面的差异的影响。实际上,最大电缆长度将取决于系统的应用、网络类型 (例如 10Base-T) 和 电缆的质量。在特定的网络中,好的电缆供应商和施工人员将可以就布线系统能力给出相应的建议。

  在确定电缆类型前,对电缆走线的可用空间进行检查也是非常重要的一点。尺寸、重量和屏蔽灵活性等因素主要取决于电缆是否采用金属箔或编制护层,以及电缆中使用了多少导线。这些因素与电缆所使用的屏蔽/反射材料一起将决定电缆对抗电磁干扰 (EMI) 能力。在选择电缆之前,考虑电缆使用的屏蔽/反射材料也是至关重要的。

  在最近几年中,对非屏蔽双绞线对(UTP)电缆研究取得的突破使得它 们可以在622Mbit/s或更高的传输速率上传输数据。这样就使得人们可以在原来只能使用屏蔽型电缆的应用中使用这种价格更低、体积更小的电缆。UTP电缆通过将电缆线对进行更紧密的匹配来减小EMI干扰。这种电缆被称为平衡电路。在理想的平衡电路中,导体中引入的噪声电压的和是零,这样线对之间的信号传输将没有干扰。然而这种理想情况是无法完全实现的,电缆的信噪比(SNR)是用来测量电缆中在存在噪声信号的情况下信号质量的指标 。屏蔽电缆中由于存在屏蔽,因此它的平衡特性较差,因此良好的屏蔽完整性和良好的接地对屏蔽电缆来说是非常重要的。高质量的UTP电缆在不需要接地或整个电路不需要屏蔽的情况下可以实现良好的平衡电路特性。由于光纤通过光波传输信号,因此它不受任何形式的电磁屏蔽影响。

  在传输速率要求超过155Mbit/s和需要更长传输距离的应用中,光纤通常是最佳选择。光纤具有体积小、耐用等优点,但目前它的成本要比其他类型的电缆高。大多数在局域网中使用的光缆是多膜光纤。它比高性能的单膜光纤更容易安装。在大多数网络中,一般都采用光缆作为干线,而使用UTP电缆来水平。然而,随着通信速率的提高和设备价格的下降,使用光纤直接到桌面的网络数量也在不断增长。对于那些由于受安装时间、空间或其他限制而不易安装电缆的系统来说,无线局域网可以作为一种可替代的方案。在无线局域网中使用无线电波替代物理连接来实现信号的传输,它们特别适合于在老建筑物中网络的安装。

 

  关注增长与灵活性  

  大多数电缆厂商为它们的产品规定了 15 年的保质期。在这段时间内, 变化是不可避免的,同时也是无法准确预测的。唯一的解决方法是设计网络时为满足网络变化和增长的要求而进行相应的规划。在正常使用条件下,新型网络不应该成为 15 年建筑物整修周期内限制系统升级。经过精心设计的布线系统可以承受超过大多数局域网传输速率 10- 15 倍的数据流量。这将允许在不改变布线系统的情况下使用新型网络技 术。网络目前所支持的应用被定义为网络的最低指标要求。在一些应用中,可能使用 3 类电缆就可以满足当前的应用要求,但为了满足未来应用的升级可能,设计时还是应采用五类或超五类电缆。

  通用布线和海量布线是结构化布线的核心内容,一般它使用一种开放式结构平台,支持所有的主要专用网络和非专用网络的标准和协议,使用UTP电缆和光缆作为传输媒介,采用星形拓扑结构,使用标准插座进行端接。一个好的布线系统应该具有使用的电缆类型简单、组成模块化网络、在不影响用户使用的情况下可以很容易的对网络进行扩展或改变的特点。对于高速发展的公司来说,结构化布线系统可以使公司对网络具有平稳的、进行可控制扩展的运行能力,同时它允许公司在逐步增加投资的情况下使用新设备和新电缆。由于结构化布线系统全部使用了标准部件,当布线系统中铺设新型电缆并增加新的信息插座时,这就简化了任务的实施。灵活性高、直径小的电缆比同轴电缆更加容易走线,并占据更小的空间。

  随着专用网络向开放式计算系统的转变,布线系统也逐渐从专用系统转向公用布线系统。公用布线系统可以为许多不同类型的设备提供服务,这些设备可以是计算机和打印机,也可以是摄象机和温度调节装置等。通用布线系统的主要优点是用户可以利用它将不同厂商的设备接入网络。同时,它也允许用户在同一个布线网络上运行几个独立的系统。比方说用户可以在一个布线系统上建立电话、计算机和环境控制等系统。位于每个建筑或建筑群内的配线架是用来实现计算机、外设、网络集线器和其他设备快速接入或撤出网络的部件。在结构和布局不断进行调整的公司内,它可以节约大量的成本。

  

  避免干扰  

  每种有源电子和电气设备都可能产生电磁干扰来破坏网络通信。随着电子设备使用的增加,这个问题也变得越来越突出。在选择电缆和电缆布线的考虑中,如何防止 EMI 干扰以保护通信也是 一个非常关键的问题。除了外部干扰源可能会对网络产生干扰外,在多线对电缆内部的各线对之间也会互相干扰。这种干扰被称为串音干扰 (cross talk)。

  有两中方式来 测量电缆的串音性能,线对之间的串音和 Power Sum 串音。线对之间的串音 只是用于测量电缆中线对产生的最大干扰的情况的。当多线对电缆中的许多线对上有数据传输时,电缆性能的损耗比线对之间的串音干扰给出的值要大。Power Sum 以更真实的反映串音干扰的情况。它是在多线对电缆的所有 线对上都有信号传输时进行测量的方法。对于电缆中线对数超过 4 对的电 缆,Power Sum 是唯一一种可正确测试串音性能的方法。

  在系统中用于测量对 EMI 干扰的抑制情况的指标是信噪比 (SNR)。网 络的信噪比越高,网络发生数据传输错误的风险就越小。包括连接器和配线架在内的所有网络部件,必须都具有抗EMI干扰的一些措施。当使用不同厂商的产品构建网络时,这一点尤其要加以注意。

  当使用屏蔽电缆时,电缆与连接器正确的端接和电缆外皮的良好接地特性是非常重要的一点。任何屏蔽的不完整将降低屏蔽层的保护作用,从而降低抗电磁干扰 (EMI) 的效率。电缆的走线应遵照厂商推荐的方法进行,应尽量避免潜在的信号源干扰。在此应该充分考虑快速发展的与电缆走线相关的国际标准所规定的指标。例如,在 EIA/TIA 569 中规定,通信电缆与荧光 灯的距离不得小于 15 厘米,因为荧光灯是造成 EMI 的主要干扰源之一。象电梯马达、自动门和空调单元等都是潜在的EMI干扰源。设备越陈旧,产生的EMI干扰就越大。对于那些无法避免和克服的EMI干扰源来说,使用封闭的 金属管道可以为布线系统提供额外保护措施。在特定的电磁干扰或敏感环境中,使用光纤可能是唯一的选择。

  系统的安装者和系统用户都有责任来保证他们的网络系统与其他电子设备具有电磁兼容性(EMC)。欧洲 EMC标准从1996年 1月开始在所有欧盟国家强制执行,对于不满足标准的网络所有者将处以罚款。世界著名安装人员能够保证电缆指标、走线和管道的设计能够消除 EMI 问题。一些厂商对于使用他们电缆进行认证安装的网络系统提供 EMC 性能的保证。

 

(待续)

 

转载自《互联网周刊》