17 сентября 2013
Основы сетевого видеонаблюдения
Краткий курс
Часть 11
Проводные сети
Сетевые кабели
В проводных сетях все узлы должны быть коммутированы каким-нибудь типом кабеля. Мы уже упоминали, что применяются: коаксиальный кабель, витая пара и оптоволокно. Эти типы кабелей имеют различные варианты исполнения, рассмотрим их внимательнее:
- Коаксиальный кабель. RG-58 «тонкий Ethernet», 50 Ом. Стандарт 10BASE-2 – тонкий коаксиальный кабель, гибкий, диаметром около 3 мм, центральная медная жила может быть целиковой, либо из нескольких проводов, волновое сопротивление 50 Ом, с максимальной длиной сегмента 185 метров. Сетевые узлы коммутируются с помощью BNC-разъемов и Т-образного BNC-коннектора. Рис.1. Скорость передачи данных max 10 Мбит/с – ограничение для использования в сетевом видеонаблюдении.
Рис. 1
- Витая пара – значительно чаще используется в сетях Ethernet, чем остальные другие. Пример: Кабель UTP 4х2х0,5 кат 5е в ПВХ изоляции (Hyperline)-4 пары, 5 категория, D внеш = 6,2 мм, ПВХ изоляция, неэкранир. Рис.2. Максимальная длина кабеля обычно 100 метров. Скорость передачи данных: 10, 100,1000, 10 000 Мбит/с. Для физического соединения между узлами сети используют разъем RJ—45.Примечание: Термин «RJ-45» ошибочно употребляется для именования разъёма 8P8C«8 позиций (Р — position)— 8 контактов (С — сontact)», используемого в компьютерных сетях. На самом деле настоящий RJ-45 физически несовместим с 8P8C, так как использует схему 8P2C с ключом. Ошибочное употребление термина «RJ-45» вызвано, вероятно, тем, что настоящий RJ-45 не получил широкого применения, но внешне похож на 8P8C.
Рис. 2
В зависимости от наличия защиты — электрически заземлённой медной оплётки или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар, определяют разновидности данной технологии:
- неэкранированная витая пара (UTP — Unshieldedtwistedpair) — без защитного экрана;
- фольгированная витая пара (FTP — Foiledtwistedpair) — присутствует один общий внешний экран в виде фольги;
- экранированная витая пара (STP — Shieldedtwistedpair) — присутствует защита в виде экрана для каждой пары и общий внешний экран в виде сетки.
Существует несколько категорий кабеля витая пара, которые нумеруются от CAT1 до CAT7 и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Приведем наиболее востребованные:
- CAT3 (полоса частот 16 МГц) — 4-парный кабель, используется при построении телефонных и локальных сетей 10BASE-T и token ring, поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с или 100 Мбит/с по технологии 100BASE-T4 на расстоянии не дальше 100 метров, отвечает требованиям стандарта IEEE 802.3.
- CAT5 (полоса частот 100 МГц) — 4-парный кабель, использовался при построении локальных сетей 100BASE-TX и для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар.
- CAT5e (полоса частот 100 МГц) — 4-парный кабель, усовершенствованная категория 5. Скорость передач данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4 пар. Кабель категории 5e является самым распространённым и используется для построения компьютерных сетей. Иногда встречается двухпарный кабель категории 5e. Преимущества данного кабеля в более низкой себестоимости и меньшей толщине.
- CAT6 (полоса частот 250 МГц) — применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с на расстояние до 55 м. Добавлен в стандарт в июне 2002 года.
Оптоволоконный кабель
Оптическое волокно? — нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения; для передачи данных используется излучение светодиода или специального лазера.Излучение светодиодов имеет длину волны 850нм, 1300 нм или 1550 нм. Существует оптоволокно:
- Одномодовое. Диаметр сердцевины одномодовых волокон составляет от 7 до 10 микрон. Благодаря малому диаметру достигается передача по волокну лишь одной моды электромагнитного излучения, за счёт чего исключается влияние дисперсионных искажений. В настоящее время практически все производимые волокна являются одномодовыми.
- Многомодовое - отличается от одномодовых диаметром сердцевины, который составляет 50 микрон в европейском стандарте. Из-за большого диаметра сердцевины по многомодовому волокну распространяется несколько мод излучения — каждая под своим углом.
В Ethernet сетях для коммутации оптоволоконных кабелей используются дуплексные разъемы: SC и ST. Большинство IP-телекамер не “заточены” под оптику, для этого необходим специальный переходник – медиа-конвертер.
Основы ETHERNET
Ethernet - является средой, посредством которой, сетевые узлы обмениваются данными. Основные элементы Ethernet:
Кадры. Для передачи данные упаковываются в специальную структуру, которая называется кадром. Кадр состоит из заголовка, данных и контрольной суммы, с помощью которой отслеживаются ошибки передачи. Заголовок включает в себя адрес отправителя и адрес получателя кадра.
MAC-адреса - ( MediaAccessControl — управление доступом к среде) - это уникальный идентификатор, присваиваемый каждому сетевому устройству. Большинство сетевых протоколов используют одно из трёх пространств MAC-адресов, управляемых IEEE: MAC-48, EUI-48 и EUI-64. В Ethernet сетях MAC-адрес позволяет уникально идентифицировать каждый узел сети и доставлять данные только этому узлу. Адреса MAC-48 наиболее распространены в Ethernet, WiMAX и др. Они состоят из 48 бит, таким образом, адресное пространство MAC-48 насчитывает 248 (или 281 474 976 710 656) адресов. Согласно подсчётам IEEE, этого запаса адресов хватит до 2100 года. Уникальность MAC-адресов достигается тем, что каждый производитель получает в координирующем комитете IEEE Registration Authority диапазон адресов, и по мере исчерпания выделенных адресов может запросить новый диапазон. Поэтому по трём старшим байтам MAC-адреса можно определить производителя. Пример MAC-адреса: 00-40-8С—18-32-78. Существуют таблицы, позволяющие определить производителя по MAC-адресу; в частности, они включены в программы типа arpalert. MAC-адрес считывается один раз из ПЗУ при инициализации сетевой карты, в дальнейшем все пакеты генерируются операционной системой. Все современные операционные системы позволяют поменять MAC-адрес. Для пересылки данных в локальной сети бывает достаточно одних MAC-адресов, но бывают случаи, что кроме MAC-адресов необходим IP-адрес.
Протокол CSMA/CD. Прежде, чем отправить данные сетевое устройство должно проверить, свободна ли среда передачи, не занята ли она другим сетевым узлом. За правила доступа в среду и контролирование её использования отвечает протокол CSMA/CD.
Сетевое оборудование
Устройства, необходимые для работы компьютерной сети. Можно выделить активное и пассивное сетевое оборудование.
Активное - подразумевается оборудование, за которым следует некоторая «интеллектуальная» особенность. То есть маршрутизатор, коммутатор (свитч) являются активным сетевым оборудованием. Управляемые концентраторы/ хабы относятся к активному сетевому оборудованию, так как могут быть наделены некой «интеллектуальной особенностью».
- Маршрутизатор – устройство, которое распределяет данные между разными сетями, как правило, используются при подключении локальных сетей к Internet. Часто их ещё называют шлюзами.
- Сетевой коммутатор ( свитч - switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких сетевых узлов в пределах одного или нескольких сегментов сети. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости обрабатывать данные, которые им не предназначались.
Пассивное оборудование отличается от активного в первую очередь тем, что не питается непосредственно от электросети и передает сигнал без его усиления: кабель коаксиальный и витая пара, вилка/розетка RJ-45 , повторитель (репитер), патч-панель, концентратор (хаб), и т.д. Также, к пассивному оборудованию можно отнести монтажные шкафы и стойки, телекоммуникационные шкафы.
Вопросы, которые должны возникать при выборе сетевого оборудования:
- Пригодна ли существующая сеть к системе сетевого видеонаблюдения? Какой кабель проложен, какой категории, какое сетевое оборудование применяется?
- При построении новой сети. Какой объем информации должна пропускать сеть ( Мбит/с)? Какой кабель и какой категории выбрать? Какое сетевое оборудование?
- Какова длина участков сети? Для витой пары до 100м.
- Возможно ли использование PoE? Следует убедиться, что мощности коммутатора хватит на все сетевые узлы.
- При проектировании сети, закладывать её рост на будущее. Обязательно закладывать резерв пропускной способности.
- Будет ли подключение к глобальной сети? У WAN пропускная способность ограничена.
Олег Зайцев
Продолжение следует
В 12-й части курса будут рассмотрены беспроводные сети.
