کابل کشی ساخت یافته با استفاده کابل های مسی و فیبر نوری

با تغییر سیستم های انحصاری به سیستم های باز، و شرایطی که منجر به این تغییرات شد، بستر مفهوم شبکه کابلی ساخت یافته مهیا[۱] گردید.

شبکه های کابلی ساخت یافته سیستمی برای اتصال دستگاه ها به هم هستند که امکان اشتراک منابع، وسایل جانبی و یا اطلاعات را فراهم می نمایند.

شبکه ای که به درستی طراحی و نصب شده باشد، سرعت و قابلیت اطمینان مورد نیاز را که منجر به کارایی سیستم می شود را فراهم می کند.

زمانی تلفن ها تنها موضوعی بودند که می بایست به آن ها توجه کرد، اما اکنون می بایست نیازمندی های مربوط به انتقال داده، صوت و تصویر را در نظر گرفته و در صدد برآورده کردن آن ها باشیم. کابل کشی یکی از اجزای اصلی هر شبکه است و چون الزامات به طور مداوم در حال گسترش است، شما باید شبکه هایی را تعیین و برنامه ریزی کنید که در هر زمان امکان توسعه و یا اصلاح آنان وجود داشته باشد در این راستا یک شبکه صوتی و داده ای یکپارچه باید ساختار داشته باشد. این شبکه می بایست از یک سیستم کابل کشی عمومی که از رویکرد توزیعی برای مناطق کاری تبعیت می کند استفاده نماید.

پچ پنل های واقع در رک های اتاق فنی این اجازه را می دهد تا کامپیوتر، چاپگرها، تلفن ها و سایر تجهیزات به راحتی و به سرعت متصل و یا قطع شوند و همه تغییرات لازم فقط در رک انجام شود، و نیازی به تغییر مسیر کابل ها نباشد. سیستم های کابل کشی ساخت یافته برای کاهش هزینه های مربوط به چنین تغییراتی ایجاد شده اند.

سیستم های بدون ساختار معمولاً هزینه اولیه کمتری نسبت به یک سیستم با ساختار خوب دارند اما این مثالی واضح در خصوص این موضوع است که هزینه اولیه کمتر، هزینه بالاتر بعدی را به بار خواهد آورد. دلیل موفقیت این سیستم ها ، مشارکت روزافزون نهادهای نظارتی در عادی سازی شبکه های جدید بر اساس این مدل است، مقررات ITED (زیرساخت های ارتباطات از راه دور در ساختمان ها) و ITUR (زیرساخت های ارتباطات از راه دور در شهرک ها ، شهرسازی ها و مشاغل) بهترین نمونه از این مقررات هستند که در پرتغال اجرایی می شوند.

سیستم های کابلی ساخت یافته موجود طیف گسترده ای از آداپاتورها را در اختیار دارد که این اجازه را می دهد تا بتوانیم از تجهیزات قدیمی استفاده کرده و آخرین تکنولوژی ارتباطی را به شبکه خود اضافه نماییم.

نوع تجهیزاتی که برای اتصال به شبکه انتخاب می شوند، میزان اطلاعاتی که منتقل می شوند و نیز فضای موجود در کابینت ها و گذرگاه آن ها از جمله مواردی است که هنگام انتخاب کابل می بایست به آن توجه شود.

شبکه های کابلی ساخت یافته یک سازه یا محوطه ارتباطی است که دارای زیرساخت کابل کشی بوده و از مجموعه ای از زیرسسیتم ها تشکیل شده اند.

زیر سیستم ها

کابل کشی ساخت یافته به شش زیر سیستم کلی تقسیم می شود که عبارتند از:

• رابطه های ورودی[۲] که رابط سیستم با دنیای بیرون هستند.
• اتاق تجهیزات[۳] که در آن تجهیزاتی که به کاربران سرویس می دهند میزبانی می شود.
• اتاق ارتباطات[۴] که ستون فقرات تجهیزات ارتباطی و زیر سیستم کابل کشی افقی را در خود جای داده است (معمولاً همان اتاق تجهیزات است).
• کابل کشی اصلی[۵] ( کابل کشی ستون فقرات) که رابط های ورودی، اتاق تجهیزات و اتاق ارتباطات را به هم متصل می کند.
• کابل کشی افقی که اتاق ارتباطات را به خروجی ترمینال متصل کنید.
• قطعات ترمینال تجهیزات کاربر نهایی را به خروجی های ترمینال کابل کشی افقی متصل می کند.

نصب کابل ها

طراحی و نصب کابل کشی ساخت یافته با توجه به مجموعه ای از استانداردها تعیین می شوند که به صورت دقیق تعیین می کنند که چگونه باید مراکز داده، داده، مکان داده ها، و ارتباطات صوتی و تصویری با استفاده از کابل ها، و سوکت های مدولار کابل کشی شوند. این استانداردها نحوه قرار دادن کابل را در شکل ستاره ای تعریف می کنند، به این ترتیب که تمام خروجی ها به یک پچ پنل مرکزی ختم می شوند، که به طور معمول ۱۹ اینچ فضا لازم دارد، از آنجا می توان دقیقاً نحوه استفاده از این اتصالات را تعیین کرد.

هر خروجی را می توان یه یک سویچ شبکه داده[۶] یا به یک پنل پچ ارتباطی[۷]، وصل کرد. اینکار پلی[۸] را درون PABX ( جا به جاری اتوماتیک شاخه خصوصی)[۹] سیستم های تلفنی شکل می دهد، بنابراین اتصالی را برای یک پورت صوتی[۱۰] ایجاد می کند.

خطوطی که به عنوان پورت های دیتا به سوئیچ شبکه وصل می شوند، به یک کابل پچ مستقیم[۱۱] نیاز دارند که به کامپیوتر اتصال یابند. در پرتغال پچ های صوتی[۱۲] PABX نیاز به آداپتور در انتهای دوردست[۱۳] ندارند. زیرا پلاگین[۱۴] استفاده شده در اتصالات تلفنی RJ11 با سوکت RJ45 سازگارند. اما در کشورهای دیگر، به آداپتور جهت تبدیل کانکتورهای مدولار Rj45[15] به کانفیگ های[۱۶] استاندارد تلفن محلی نیاز است.

معمولاً استفاده از کابل های پچ رنگی برای شناسایی نوع اتصال رایج است، این درحالی است که کابل کشی ساختار یافته به آن نیازی ندارد.

از سویی دیگر، استانداردهای کابل کشی این الزام را دارند که هر کانکتور کابل باید متصل باشند. حساسیت کابل های جفت به هم پیچیده[۱۷] به تداخل الکترومغناطیسی تا حد زیادی به سالم ماندن طرح های پیچش در طول نصب بستگی دارد. کابل های جفت به هم پیچیده برای حداکثر کشش  و همچنین حداقل شعاع خمش دارای الزامات سختگیرانه هستند.

این شکنندگی نسبی کابل های جفت به هم پیچیده باعث می شود که روش نصب از اهمیت بالایی برخوردار باشد.

در شبکه کابلی ساخت یافته از کابل های زیر استفاده می شود.

• UTP ( کابل جفت به هم پیچیده محافظت نشده)
• FTP ( کابل جفت به هم یچیده فویل شده)
• STP ( جفت به هم پیچجیده محافظت شده)
• کابل فیبر نوری

طبقه بندی شبکه

لیست زیر دسته بندی هایی که برای طبقه بندی شبکه مورد استفاده قرار می گیرد را نشان می دهد.

طبقه بندی براساس توپولوژی شبکه

شبکه های ساخت یافته را می توان براساس توپولوژی شبکه طبقه بندی کرد. مانند شبکه های اتوبوسی، شبکه های ستاره ای، شبکه های حلقه ای، شبکه های مش، شبکه هایس ستاره/ اتوبوسی، شبکه های درختی یا سلسه مراتبی.

توپولوژی شبکه روشی را معین می کند که با توجه به آن تجهیزات شبکه روابط منطقی خود را با دیگر تجهیزات می بینند ( در نظر می گیرند.) اصطلاح منطقی در این تعریف اهمیت زیاد دارد. توپولوژی شبکه از مکان لی اوت فیزیکی آن مستقل است، به این معنی که اگر تجهیزات از لحاظ فیزیکی در یک آرایش خطی قرار گرفته باشند، در صورتی که با یک هاب به هم متصل شوند، شبکه یک توپولوژی ستاره ای دارد و نه توپولوژی اتوبوسی.

براساس این تعریف؛ ویزگی بصری و عملیاتی یک شبکه با هم فرق دارند. توپولوژی منطقی شبکه ضرورتا مشابه لی اوت فیزیکی نیست.

طبقه بندی بر اساس روش اتصال

شبکه های ساختاری را می توان با توجه به فناوری سخت افزاری و نرم افزاری طبقه بندی کرد که برای اتصال تجهیزات مجزا در شبکه های مانند فیبر نوری، اترنت و LAN بی سیم مورد استفاده قرار می گیرد.

اترنت از کابل های فیزیکی ( کابل های مسی و فیبر نوری) برای اتصال تجهیزات استفاده می کند. اغلب دستگاه های مستقر عبارتند از: سویچ، پل و یا روتر.

تکنولوژی LAN بی سیم، برای اتصال تجهیزات بی سیم طراحی شده است. این تجهیزات از اموال رادیویی یا مادون قرمز به عنوان گذرگاه انتقال استفاده می کنند.

فناوری های سیمی

سیم های جفت به هم پیچیده – این پرکاربردترین ابزار برای برقراری ارتباط است. سیم های جفت به هم پیچیده معمولی از دو سیم مسی عایق پیچ خورده تشکیل شده است که در دو جفت پیچ خورده قرار می گیرند و برای انتقال صدا و داده استفاده می شوند. استفاده از دو سیم به هم پیچیده در کنار به کاهش اختلال مکالمه متقابل[۱۸] و القای مغناطیسی[۱۹] می انجامد. سرعت انتقال با توجه به طبقه بندی کابل ( Cat3 تا CAT7) از ۱ گیگابایت برثانیه تا ۱۰ گیگابایت برثانیه متفاوت است.

فیبرنوری – این کابل ها از یک یا چند رشته نازک از الیاف شیشه تشکیل شده که در یک لایه محافظ پیچیده شده است. این کابل می تواند نور را منتقل کرده که برای فواصل دور و پهنای باند بالا مناسب است. کابل های فیبر نوری تحت تأثیر تابش الکترومغناطیسی قرار ندارند و سرعت انتقال می تواند تا تریلیون بیت در ثانیه افزایش یابد. سرعت انتقال در این کابل ها هزاران برابر بیشتر از کابل های جفت به هم پیچیده می باشد.

فناوری های بی سیم

مایکروویو زمینی – مایکروویو های زمینی از فرستنده و گیرنده زمینی استفاده می کنند. تجهیزات ظاهری مشابه بشقاب های ماهواره ای دارند. مایکروویو های زمینی از برد کم گیگا هرتز استفاده می کنند و ارتباطات محدود به خط دید است. آنتن های مایکروویو معمولاً در بالای ساختمان ها، برج ها، تپه ها و قله های کوه قرار می گیرند.

• ماهواره های ارتباطی – ماهواره ها از رادیو مایکروویو به عنوان ابزار ارتباطی استفاده می کنند که در اثر جو زمین منحرف نمی شوند. ماهواره ها در فضا مستقر هستند، به طور معمول ۲۲۰۰۰ مایل بالاتر از خط استوا. این سیستم های مدار زمین[۲۰] قادر به دریافت و پخش مجدد سیگنال های صوتی، داده ای و تلویزیونی هستند.

LAN بی سیم: – شبکه های محلی بی سیم از فناوری موج رادیویی با فرکانس بالا و پایین استفاده می کنند. شبکه بی سیم از فناوری طیف- گسترده[۲۱] برای امکان برقراری ارتباط بین چندین دستگاه در یک منطقه محدود استفاده می کند.

بلوتوث: -این یک فناوری بی سیم برد کوتاه است. تقریباً با سرعت ۱ مگابیت بر ثانیه با دامنه ۱۰ تا ۱۰۰ متر. بلوتوث یک پروتکل بی سیم باز برای تبادل داده در فواصل کوتاه است.

طبقه بندی براساس اندازه

شبکه ها اغلب بسته به مقیاس، دامنه و هدفشان به این صورت دسته بندی می شوند: شبکه محلی[۲۲] (LAN)، شبکه گسترده منطقه‌ای[۲۳] (WAN)، شبکه خصوصی مجازی[۲۴] (VPN)، شبکه ذخیره سازی منطقه ای[۲۵] (SAN) و غیره. میزان استفاده، سطح اعتماد و حقوق دسترسی اغلب بین این نوع شبکه ها متفاوت است – برای مثال شبکه LAN برای استفاده کارکنان یک ساختمان اداری و یا تجاری طراحی می شود، در حالی که شبکه WAN می تواند بخش های مجزای سازمان را به یکدیگر و یا حتی به یک بخش ثالث متصل نماید.

سخت افزاری اساسی شبکه

تمامی شبکه ها، از برخی بلوک ها و اجزای سخت افزاری جهت اتصال گره ها تشکیل شده اند که عبارتند از : کارت های رابط شبکه[۲۶]، هاب ها، سویچ ها و روترها.

علاوه بر این، می بایست از برخی متدها برای اتصال این بلوک ها و اجزاء استفاده کرد که معمولا عبارتند از کابل های مسی، پیوند ماکرویو، یا فیبر نوری.

کارت رابط شبکه

کارت شبکه، آداپتور شبکه یا NIC (کارت رابط شبکه) قطعه ای از سخت افزار رایانه است که برای برقراری ارتباط از طریق شبکه توسط رایانه ها طراحی شده است. کارت شبکه، امکان دسترسی فیزیکی به شبکه را فراهم می کند.

هاب

یک هاب شبکه شامل چند پورت داده است. وقتی یک بسته از داده ها به یک پورت می رسند، به صورت دست نخورده و اصلاح نشده روی تمامی پورت های هاب جهت انتقال کپی می شوند. آدرس مقصد در فریم[۲۷] مربوطه به آدرس پخش[۲۸] تغییر نمی یابد.

ریپیترها[۲۹]

ریپیتر وسیله ای الکترونیکی است که سیگنال را دریافت می کند، آن را از نویز غیرضروری پاک می کند، دوباره آن را تولید می کند و در سطح توان بالاتر انتقال می دهد تا سیگنال بتواند مسافت بیشتری را بدون تخریب پوشش دهد. در بیشتر کانفیگ های اترنت جفت بهم پیچیده، برای مسافت های بالاتر از ۱۰۰ متر به ریپیتر نیاز است.

پل

پل شبکه چندین بخش شبکه را در لایه پیوند دیتای مدل OSI، به هم متصل می کند. پل به صورت بی قاعده ترافیک را روی تمامی پورت ها کپی نمی کند، ( مانند آنچه که هاب انجام می دهد.) بلکه به صورت قاعده مند می داند که کدام آدرس MAC  با توجه به پورت ها در دسترس تر است.

وقتی که پل، پورتی را به یک آدرس مرتبط می کند، ترافیک آدرس تنها با توجه به آن پورت مدیریت خواهد شد.

پل ها با بررسی آدرس مبدأ فریم هایی که در پورت های مختلف می بیند، ارتباط پورت ها و آدرس ها را می آموزند، وقتی که یک فریم وارد یک پورت می شود، منبع آدرس آن ذخیره می شود، در این حالت، پل می آموزد که آن ادرس MAC با آن پورت مرتبط است.

سه نوع مختلف از پل ها وجود دارد.

• پل محلی: به صورت مستقیم شبکه LAN را متصل می کند.
• پل از راه دور[۳۰]: برای اتصال یک شبکه WAN به یک یا چند شبکه LAN استفاده می شود. پل های از رو دور، در جاهایی که پیوند اتصالی کندتر از شبکه انتهایی است عمدتا با روترها جایگزین شده اند.
• پل بی سیم: پل های بی سیم: می تواند برای اتصال به LAN یا اتصال ایستگاه های از راه دور به LAN استفاده شود.

سوئیچ ها

سوئیچ شبکه وسیله ای است که بر اساس آدرس MAC موجود در بسته ها، داده های لایه ۲ OSI (قطعه ارتباطات داده) را بین پورت ها (کابل های متصل) حمل و فیلتر می کند. سویچ با هاب فرق می کند، به این صورت که سوئیچ فریم ها را فقط به پورت های درگیر هدایت می کند و نه به همه پورت های متصل. معمولا سوئیچ دارای پورت های بیشماری است که امکان ایجاد توپولوژی ستاره ای را برای دستگاه ها و تجهیزات فراهم کرده و سوئیچ های اضافی را کسکید[۳۱] می نماید.

برخی از سوئیچ ها براساس آدرس دهی لایه ۳ یا سطح منطقی اضافی قادر به مسیریابی هستند. به آن ها سوئیچ های چند لایه گفته می شود. سوئیچ ها امکان اتصال اختصاصی به هر ترمینال را فراهم می کنند و امکان ارتباط همزمان بسیاری را فراهم می نماید. با استفاده از یک سوئیچ شبکه قادر به حفظ اترنت دو طرفه است – این بدان معنی است که داده ها می توانند به طور همزمان در هر دو جهت منتقل شوند.

قابلیت اصلی سوئیچ این است که به ترمینال ها اجازه می دهد به جای یکدیگر  فقط با سوئیچ ارتباط برقرار کنند و با توجه به اینکه سوئیچ می تواند اترنت دو طرفه را حفظ کند، داده ها می توانند به صورت همزمان از ترمینال به سوئیچ و از سوئیچ به ترمینال ارسال شوند. هدف اصلی سوئیچ این است که جریان داده شبکه به پایان ها را تجزیه[۳۲] کند تا اتصالات بتوانند انتقال موثرتری را منجر شوند. این کار همچنین این اجازه را به پایانه ها می دهد که تنها انتقال های خاص را به آدرس شبکه خود داشته باشند. (دریافت کنند)

با از تجزیه شبکه و انتقال داده ها به طور همزمان در هر دو جهت هنگامی که دو ایستگاه کاری مشغول تبادل اطلاعات هستند، سرعت و ظرفیت شبکه دو برابر خواهد شد.

روترها

روتر یکی از سخت افزارهای شبکه است که بسته‌ها[۳۳] را بین شبکه منتقل می کند. روتر این کار را با استفاده از اطلاعات هدرهای پروتکل[۳۴] و جداول پیش برنده[۳۵] انجام می دهد که منجر به تعیین بهترین روتر بعدی در هر بسته خواهد شد.

روترها در لایه (لایه ۳) مدل OSI و لایه اینترنت TCP / IP کار می کنند.

نیرو از طریف اترنت[۳۶] (POE)

فناوریPOE، سیستمی است که به صورت ایمن نیروی الکرتیکی را به همراه داده شبکه کابلی اترنت منتقل می کند. با PLC ( ارتباط خطی نیرو)[۳۷] یا PPPoE ( پروتکل نقطه به نقطه از طریق اترنت)[۳۸] اشتباه گرفته نشود. ورژن استاندارد PoE بهترین عملکرد کابل Cat5e و یا نسخه بالاتر را معین می کند.

برق می تواند از طریق منبع تغذیه موجود در یک دستگاه شبکه PoE مانند سوئیچ اترنت یا از دستگاهی که برای “تزریق” برق به کابل اترنت ساخته شده است ، تأمین شود.

بر اساس استاندارد IEEE 802.3af-2003 PoE standard، بیش از ۱۵٫۴W نیرو ( ولتاژ اسمی ۴۸ V و جریان ۱۰-۳۵MA) از طریق دو جفت از چهار جفت کابل Cat5e/Cat6 ( به ازای هر وسیله) منتقل می شود.  با این وجود می بایست توجه داشت که تنها ۱۲٫۹۵W در دسترس خواهد بود زیرا بخشی از انرژی ( نیرو ) در کابل هدر خواهد رفت.

از تکنیک نیرو فانتوم[۳۹] نیز برای انتقال داده استفاده می شود. این تکنیک نه تنها این اجازه را به POE می دهد که از ۱۰BASE-T و ۱۰۰BASE-T استفاده کند ( که در این شرایط دو جفت از چهار جفت کابل مورد استفاده قرار می گیرد) بلکه شرایطی را مهیا می نماید از که از ۱۰۰۰BASE-T بهره جوید ( که در این شرایط هر چهار جفت کابل برای انتقال داده مورد استفاده قرار می گیرد) .

[۱] Structured Cabling Network

[۲] Entrance Interface

[۳] Equipment Room

[۴] Communication Room

[۵] Backbone cabling

[۶] Data Network switch

[۷] Telecom Patch Panel

[۸] Bridge

[۹] Private Automatic Branch Exchange

[۱۰] Voice Port

[۱۱] Straight –Through patch cable

[۱۲] Voice patches

[۱۳] Remote End

[۱۴] Plugin

[۱۵] RJ45 Modular Connectors

[۱۶] Configuration

[۱۷] Pair Twisted Cables

[۱۸] Crosstalk

[۱۹] Electromagnetic Induction

[۲۰] Earth Orbiting system

[۲۱] Spread Spectrum

[۲۲] Local Area Network

[۲۳] Wide Area Network

[۲۴] Virtual Private Network

[۲۵] Storage Area Network

[۲۶] Network Interface Card

[۲۷] Frame

[۲۸] Broadcast address

[۲۹] Repeaters

[۳۰] Remote Bridge

[۳۱] Cascade

[۳۲] Decongest the network data flow

[۳۳] Packets

[۳۴] Protocol headers

[۳۵] Forwarding Tables

[۳۶] Power over Ethernet

[۳۷] Power Line Communication

[۳۸] Point to Point over Ethernet

[۳۹] Phantom Power