10 сентября 2013
Основы сетевого видеонаблюдения
Краткий курс
Часть 10
Проводные сети
Как мы уже отмечали, в качестве сети для сетевого видеонаблюдения, используются стандартные проводные и беспроводные IP-сети. Самым распространенным на сегодняшний день стандартом локальных сетей является - Ethernet. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet в настоящее время, оценивается в несколько десятков миллионов. Технология Ethernet была разработана в корпорации Xerox PARC. Общепринято считать, что Ethernet был изобретён в 1973 года, когда Роберт Меткалф составил докладную записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet. Но законное право на технологию было получено лишь в 1976 году.
В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0, или 10Base-5) в качестве передающей среды использовался коаксиальный кабель RG-8, RG-58. В настоящее время сети, построенные, на коаксиальном кабеле практически не применяются, а используют витую пару и оптический кабель.
Причины/ преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем:
- возможность работы в дуплексном режиме;
- низкая стоимость кабеля «витой пары»;
- более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле (соединение точка-точка: обрыв кабеля лишает связи два узла. В коаксиале используется топология «шина», обрыв кабеля лишает связи весь сегмент);
- минимально допустимый радиус изгиба меньше;
- большая помехоустойчивость из-за использования дифференциального сигнала;
- возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов (стандарт Power over Ethernet, POE);
- гальваническая развязка трансформаторного типа. При использовании коаксиального кабеля в российских условиях, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто сопровождалось пробоем сетевых карт и иногда даже полным «выгоранием» системного блока.
Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.
Стадии развития Ethernet:
- Ранние модификации:
-Xerox Ethernet — оригинальная технология, скорость 3 Мбит/с, существовала в двух вариантах Version 1 и Version 2.
- 1BASE5 — также известный, как StarLAN, стал первой модификацией Ethernet-технологии, использующей витую пару. Работал на скорости 1 Мбит/с, но не нашёл коммерческого применения.
- 10 Мбит/с Ethernet. – для большинства систем сетевого видеонаблюдения данная пропускная способность неудовлетворительная. Дата разработки 1990г.
- 10BASE5, IEEE 802.3 ( «Толстый Ethernet») — первоначальная разработка технологии со скоростью передачи данных 10 Мбит/с, используется RG-8, с максимальной длиной сегмента 500 метров.
- 10BASE2, IEEE 802.3a («Тонкий Ethernet») — используется кабель RG-58, с максимальной длиной сегмента 185 метров. Многие годы этот стандарт был основным для технологии Ethernet.
- 10BASE-T, IEEE 802.3i — для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории-3 или категории-5. Максимальная длина сегмента 100 метров.
- Быстрый Ethernet (Fast Ethernet, 100 Мбит/с). – на данный момент самый распространенный сегмент Ethernet. Разработан в 1995г.
- 100BASE-T — общий термин для обозначения стандартов, использующих в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 100 метров. Включает в себя стандарты 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.
- Гигабитный Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Гбит/с).- основное отличие от 10BASE-T и 100BASE-T – для достижения высоких скоростей передачи данных задействовано 4 витые пары. Время появления – 1998-1999 гг.
- 1000BASE-T, IEEE 802.3ab — стандарт, использующий витую пару категорий 5e. В передаче данных участвуют 4 пары. Скорость передачи данных — 250 Мбит/с по одной паре.. Расстояние до 100 метров.
- 1000BASE-TX - использует раздельную приёмо-передачу (по одной паре в каждом направлении), что существенно упрощает конструкцию приёмопередающих устройств. Отличием 1000BASE-TX является отсутствие схемы цифровой компенсации наводок и возвратных помех, в результате чего сложность, уровень энергопотребления и цена процессоров становится ниже, чем у процессоров стандарта 1000BASE-T. Может использоваться только кабель 6 категории. На основе данного стандарта создано большое количество продуктов для промышленных сетей.
- 1000BASE-SX, IEEE 802.3z — стандарт, использующий многомодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров.
- 1000BASE-LX, IEEE 802.3z — стандарт, использующий одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя зависит только от типа используемых приемопередатчиков и, как правило, составляет от 5 до 50 километров.
- 10-гигабитный Ethernet (Ethernet 10G, 10 Гбит/с). Теоретическая скорость – 10 000 Мбит/с. Используется в магистральных линиях сетей, когда требуется исключительная скорость.
- 10GBASE-LX4 — использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому волокну. Также поддерживает расстояния до 10 км при использовании одномодового волокна. Принят в 2001г.
- 10GBASE-SR — технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 26 или 82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое волокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового волокна (2000 МГц/км).
- 10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 — принят в июне 2006 года после 4 лет разработки. Использует витую пару категории 6 (максимальное расстояние 55 метров) и 6а (максимальное расстояние 100 метров).
Это интересно: Компания Harting заявила о создании первого в мире 10-гигабитного соединителя RJ-45, не требующего инструментов для монтажа - HARTING RJ Industrial 10G.
- В настоящее время ведутся разработки следующих поколений Ethernet: 40-гигабитный и 100-гигабитный Ethernet и даже Terabit Ethernet.
Сетевые топологии
Существует следующие варианты построения сети:
- Шинная топология; в основном применялась на ранней стадии развития локальных сетей. Средой передачи служит коаксиальный кабель, к которому подключены все сетевые узлы, а на его концах заглушки-резисторы (терминаторы), для согласования волнового сопротивления кабеля ( для RG-58 – 50 Ом). Если терминаторы не устанавливать, отраженный от конца кабеля сигнал снова попадает в кабель - и будет являться помехой в сети. Преимущества шинной топологии заключаются в простоте организации сети, низкой стоимости и в случае выхода из строя станции на работу сети это не влияет. Недостатком является низкая устойчивость к повреждениям - при любом обрыве кабеля вся сеть перестает работать, а поиск повреждения весьма затруднителен, небольшая дальность передачи, нельзя использовать разный тип кабеля на разных участках сети.
Рис. 1
- Звездообразная топология. При использовании топологии "звезда"(Рис.2), каждый сетевой узел подключается к специальному коммутатору/концентратору (хабу). В качестве кабеля используют: витую пару или оптоволокно.
Рис. 2
Преимуществом этой топологии является ее устойчивость к повреждениям кабеля - при обрыве перестает работать только один из узлов сети и поиск повреждения значительно упрощается. Недостатком является более высокая стоимость из-за наличия HUB. В случае выхода из строя центрального узла, вся сеть перестает работать.
Масштабные сети образуются множеством звездообразных конфигураций, которые подключаются иерархически. В локальных сетях имеет место вариант топологии “кольцо” – в основном применяемый в объединении ПК.
Олег Зайцев
Email: zaytsev@tinko-sb.ru
Продолжение следует
В 11-й части курса будет продолжение рассмотрения проводных сетей.
