Структурированная кабельная система для ЦОДа

ВКР бакалавра

тема: «Структурированная кабельная система для ЦОДа»
Оглавление.
 TOC o «1-4» u Введение.                                                                                                                                         PAGEREF_Toc198899156 h 6
1.     СтандартизацияСКС.                                                                                                            PAGEREF_Toc198899157 h 7
1.1       Американскиестандарты.                                                                                              PAGEREF_Toc198899158 h 7
1.2       Международныеи европейские стандарты.                                                              PAGEREF_Toc198899159 h 10
1.3       Национальныенормативные документы.                                                                  PAGEREF_Toc198899160 h 11
2.     Построениеи технические аспекты СКС.                                                                         PAGEREF_Toc198899161 h 12
2.1       ОсобенностиСКС.                                                                                                       PAGEREF_Toc198899162 h 12
2.2       ТопологияСКС.                                                                                                            PAGEREF_Toc198899163 h 14
2.3       Техническиепомещения.                                                                                             PAGEREF_Toc198899164 h 15
2.4       ПодсистемыСКС.                                                                                                        PAGEREF_Toc198899165 h 17
2.5       Коммутацияв СКС.                                                                                                     PAGEREF_Toc198899166 h 19
2.6       Принципыадминистрирования СКС.                                                                       PAGEREF_Toc198899167 h 20
2.7       Дополнительныеварианты топологического построения СКС.                            PAGEREF_Toc198899168 h 21
2.7.1        Вариантыпостроения горизонтальной подсистемы СКС.                              PAGEREF_Toc198899169 h 21
2.7.2        Топологии с централизованнымадминистрированием.                                 PAGEREF_Toc198899170 h 23
2.8       КабелиСКС.                                                                                                                 PAGEREF_Toc198899171 h 25
2.8.1        Классы приложений и категории кабелей.                                                        PAGEREF_Toc198899172 h 27
2.8.1.1     Категория 5е / класс D.                                                                                         PAGEREF_Toc198899173 h 30
2.8.1.2     Категория 6 / класс Е.                                                                                           PAGEREF_Toc198899174 h 31
2.8.1.3     Категория 6а / класс ЕА.                                                                                       PAGEREF_Toc198899175 h 33
2.8.1.4     Категория 7 / класс F.                                                                                           PAGEREF_Toc198899176 h 33
2.8.1.5     Категория 7а / класс FА.                                                                                       PAGEREF_Toc198899177 h 34
2.8.2        Ограничения на длины кабелей и шнуров СКС.                                              PAGEREF_Toc198899178 h 36
3.     Структурацентров обработки данных.                                                                              PAGEREF_Toc198899179 h 37
3.1       Общиеположения.                                                                                                       PAGEREF_Toc198899180 h 37
3.2       Аппаратноеобеспечение ЦОДа.                                                                                 PAGEREF_Toc198899181 h 40
3.2.1        Системы хранения данных RAID.                                                                       PAGEREF_Toc198899182 h 41
3.2.2        Коммутаторы, концентраторы и мосты.                                                            PAGEREF_Toc198899183 h 42
3.2.2.1     Концентраторы Fibre Channel.                                                                             PAGEREF_Toc198899184 h 43
3.2.2.2     КоммутаторыFibre Channel.                                                                                 PAGEREF_Toc198899185 h 44
3.2.2.3     МостыFibre Channel – SCSI.                                                                                PAGEREF_Toc198899186 h 46
3.3       Системырезервного копирования.                                                                            PAGEREF_Toc198899187 h 46
3.3.1        Аппаратное обеспечение систем резервногокопирования.                            PAGEREF_Toc198899188 h 49
3.4       Программноеобеспечение ЦОДа.                                                                              PAGEREF_Toc198899189 h 50
3.4.1        Программное обеспечение управления ЦОДом.                                               PAGEREF_Toc198899190 h 50
3.5       Кластеризациясерверов.                                                                                             PAGEREF_Toc198899191 h 53
3.6       Дублированиеданных.                                                                                                PAGEREF_Toc198899192 h 55
3.7       Управлениетомами и файловой системой.                                                               PAGEREF_Toc198899193 h 57
3.8       Особенностиструктурированной кабельной системы для ЦОД.                            PAGEREF_Toc198899194 h 58
3.8.1        Тип и категории кабельных систем для ЦОДа.                                                 PAGEREF_Toc198899195 h 61
4.             ПродукцияСКС компании Nexans Cabling Solutions для приложений на медном симметричномкабеле.    PAGEREF_Toc198899196 h 64
4.1       КабельLANmark-6 10G.                                                                                               PAGEREF_Toc198899197 h 65
4.2       LANmark-6 10GEVOконнектор.                                                                                PAGEREF_Toc198899198 h 66
4.3       LANmark-6 10Gкоммутационная панель.                                                                  PAGEREF_Toc198899199 h 66
4.4       LANmark-6 10Gкоммутационный шнур.                                                                   PAGEREF_Toc198899200 h 67
4.5       Монтажные шкафыQuick Mount.                                                                                 PAGEREF_Toc198899201 h 68
4.6       Кабельныеорганайзеры LANmark.                                                                             PAGEREF_Toc198899202 h 69
4.7       Физическиехарактеристики системы LANmark-6 10G.                                           PAGEREF_Toc198899203 h 71
5.     Расчетоборудования Nexans LANmark-6 10G для СКС в ЦОД.                                     PAGEREF_Toc198899204 h 73
5.1       Расчетпоказателей надежности оборудования СКС.                                               PAGEREF_Toc198899205 h 76
Заключение.                                                                                                                                  PAGEREF_Toc198899206 h 77
Список литературы.                                                                                                                     PAGEREF_Toc198899207 h 78Введение.
Практически все данные, используемые в работе современного бизнеса,хранятся в электронном виде. Их объемы постоянно растут, а значит, в случаеотказа системы хранения все сложнее будет восстанавливать утерянную информацию.Электронная информация вообще очень уязвима и может быть уничтожена за мгновения.
Перед системными администраторами постоянновозникают тревожные вопросы. Каким образом хранить копии данных? Какие объемы онизаймут? Сколько времени потребуются для восстановления данных с копии иобеспечения к ним полноценного доступа?  Какобеспечить актуальность данных в копии? И с каждым годом отвечать на нихстановится сложнее. Все большее число организаций начинают решать эти проблемыпри помощи центров обработки данных.
Центр обработки данных (ЦОД) – это сложныйкомплекс оборудования и программного обеспечения, обеспечивающий максимальнонадежное, отказоустойчивое хранение данных и постоянный доступ к ним.
Поскольку центр обработки данных объединяет всебе большое количество вычислительных и запоминающих устройств, необходимо организоватьнадежную взаимосвязь между его компонентами. Структурированная кабельнаясистема является пассивной основой, с помощью которой оборудование ЦОДасвязывается в единое целое. СКС – лишь она из многих подсистем центра обработкиданных, но без нее ЦОД потеряет главное свое качество – надежность.Структурированная кабельная система в ЦОДе должна быть грамотно построена ссоблюдением всем современных правил и стандартов.1.   СтандартизацияСКС.1.1          Американскиестандарты.
В 1985 году Ассоциация электронной промышленности США (ElectronicIndustries Asso­ciation – EIA) приступила к созданию стандарта длятелекоммуникационных кабельных систем зданий. В 1988 году к работе постандартизации подключилась Ассоциация телекоммуникаци­онной промышленности США(Telecommunications Industry Association – TIA). Подготовку нормативнойдокументации выполняло несколько рабочих групп:
·       
·       
·       
·       
·       
·       
·       
В октябре 1990 года был одобрен первый подготовленный этими организациямисовместный норма­тивный документ – TIA/EIA-569 «Стандарт коммерческих зданий накабельные пути те­лекоммуникационных кабелей», подготовленный рабочей группой
TR-41.8.3. Необхо­димость его принятия была обусловлена осознанием факта оневозможности построения высокоэффективной кабельной системы без предъявлениякомплекса специальных требо­ваний к архитектуре здания, в котором она должнабыть установлена.
    В 1989 году известнаяамериканская исследовательская организация Underwriters Labo­ratories (UL)совместно с фирмой Anixter разработали новую классификацию кабелей на витыхпарах. В ее основу было положено понятие «уровень». Толкование уровней пред­ставленов таблице 1.1.
Таблица 1.1. Классификация витых пар по уровням.
Тип кабеля
Максимальная частота сигнала
Типовые приложения
Уровень 1
Нет требований
Цепи питания и низкоскоростной обмен данными
Уровень 2
До 1 МГц
Голосовые каналы связи и системы безопасности.
Уровень 3
До 16 МГц
ЛокальныесетиToken Ring иEthernet 10Base-T
Уровень 4
До 20 МГц
ЛокальныесетиToken Ring иEthernet 10Base-T.
Уровень 5
До 100 МГц
Локальные сети со скоростью передачи данных до 100 Мбит/с.
Результатом деятельности рабочей группы TR-41.8.1 стал стандарттелекоммуни­кационных кабельных систем коммерческих зданий TIA/EIA-568, которыйбыл одобрен в июле 1991 года. Этот документ определял структуру кабельнойсистемы и требования к характеристикам кабелей и разъемов, применяемых для еепостроения. Для построения системы допускалось использование кабелей изнеэкранированных витых пар с волновым сопротивлением 100 Ом и экранированныхвитых пар с сопротивлением 150 Ом, а также 50-омных коаксиальных кабелей имногомодовых волоконно-оптических кабелей. Документ не сертифицировалволоконно-оптический разъем.
    В ноябре 1991 года рабочаягруппа TR-41.8.1 выпустила дополнительные специфика­ции на симметричныеэлектрические кабели из неэкранированных витых пар – техничес­кий бюллетеньTIA/EIA TSB-36. В этом документе впервые вводилось понятие кате­горий кабелейиз неэкранированных битых пар, которые были определены практически в полномсоответствии с уровнями по классификации UL и Anixter. Фактичес­ки произошлатолько смена термина, и классификация по уровням перестала применять­ся. Первыедва уровня витых пар для низкоскоростных приложений в бюллетене TSB-36 не были специфицированы.
    В другом дополнении к стандартуTIA/EIA-568 – техническом бюллетене TIA/EIA TSB-40 – были описаныдополнительные спецификации на разъемы для кабелей из неэкранированных витыхпар. Они также подразделялись на категории 3, 4 и 5. Бюллетень предписывалиспользовать разъемы категорией не ниже категории кабелей, на которые ониустанавливались.
    В октябре 1995 года увиделасвет вторая редакция стандарта TIA/EIA-568 – ТIА/ЕIА-568-А, – которая включала в себя и уточняла все основныеположения технических специ­фикаций бюллетеней TSB-36 и TSB-40. Наиболеесущественное отличие от предшеству­ющего документа состояло в том, что применениекоаксиального кабеля не рекомендовалось для построения вновь создаваемых СКС иодновременно было разрешено использование одномодовых волоконно-оптическихкабелей в магистральных подсистемах.
    В январе 1993 года был одобренеще один важный нормативный документ, подготов­ленный рабочей группойTR-41.8.3, – TIA/EIA-606 «Стандарт на администрирование те­лекоммуникационнойинфраструктуры коммерческих зданий». Стандарт определя­ет правила ведениядокументации по СКС на этапе эксплуатации – маркировка, ведение записей,правила оформления схем, отчеты и т.д. Документ рекомендовал ведение доку­ментациив электронном виде.
    Еще один смежный стандарт –TIA/EIA-607 – принимается в августе 1994 года. Он включает в себя требования кразличным устройствам заземления, применяемым в здании. Традиционно основнымназначением системы заземления было обеспечение безопас­ности эксплуатацииэлектроустановок, то есть защита человека от поражения электричес­ким током.Стандарт TIA/EIA-607 определяет дополнительные требования к организации системзаземления, выполнение которых является необходимым условием обеспеченияэффективной и надежной передачи электрических сигналов по СКС.
Документы TIA/ EIA-568-A, TIA/EIA-569, TIA/EIA-606 и TIA/EIA-607 являютсянациональным стан­дартами США.
Быстрое совершенствование средств волоконно-оптической техники, снижениеее сто­имости и массовое внедрение в состав кабельной проводки зданий офисноготипа позво­лили применять при построении СКС структуры с так называемымцентрализованным администрированием. Переход к этому принципу дозволяетсущественно упростить про­цесс администрирования СКС. Возможные варианты иправила их построения описаны в техническом бюллетене TSB-72, изданном воктябре 1995 года.
В августе 1996 года появляется технический бюллетень TSB-75, которыйсущественно расширил возможности проектировщиков и служб эксплуатации кабельнойсистемы так называемых открытых офисов.
В сентябре 1998 года был принят технический бюллетень TSB-95, в которомсодержа­лась информация о дополнительных контролируемых параметрах каналакатегории 5. Со­ответствие этих параметров норме является необходимым условиемобеспечения нормальной работы приложения Gigabit Ethernet.
В мае 1999 года подкомитет по стандартизации TR.42.2 утвердил стандартTIA/EIA-570-А, нормирующий оптические разъемы, используемые в абонентскихрозетках. Соглас­но этому нормативному документу в новых СКС на рабочих местахнаряду с разъемами типа SC допускалась установка малогабаритных разъемов новогопоколения.
К 2000 году подкомитет TR-42 ассоциации TIA опубликовал ряд приложений кстандарту TIA/EIA-568-A, которые, вероятнее всего, без каких-либо существенныхизменений войдут в новую редакцию американского стандарта (рабочее названиеTIA/EIA-568-B), так, в частности, дополнение 1 задает количественныеограничения на параметры delay и skew. В дополнении 5 определены характеристикиулучшенной категории 5е, которые превосходят нормы упомянутого вышетехнического бюллетеня TSB-95.1.2          Международныеи европейские стандарты.
Параллельно с TIA/EIA работу над стандартизацией СКС вели Международнаяорга­низация по стандартизации (ISO) и Международная электротехническаякомиссия (IEC). В 1995 году они выпустили совместный документ – стандартISO/IEC 11801 «Информа­ционные технологии. Универсальная кабельная система длязданий и территории Заказ­чика». Его содержание имеет непринципиальные отличияот стандарта TIA/EIA-568-A, связанные в основном со структурой документа, сразличной терминологией и с глубиной проработки некоторых положений. Дополнительноотметим, что стандарт ISO/IEC 11801 допускает применение витых пар с волновымсопротивлением в 120 Ом и многомодовых оптических кабелей с волокнами 50/125,популярных в некоторых европейских странах.
Европейская организация по стандартизации CENELEC подготовила свойстандарт EN 50173, окончательная редакция которого увидела свет в августе 1995года. Его англоязычная версия в содержательной своей части практически являетсякопией международного стандарта ISO/IEC 11801.
Стандарты ISO/IEC и CENELEC постоянно развиваются и дополняются. Так,этими организациями в январе и феврале 1999 года были приняты документы,аналогичные упо­мянутому выше бюллетеню TSB-95 TIA/EIA.
В 1999 году принимается стандарт ISO/IEC 14763-1, являющийся аналогом аме­риканскогостандарта TIA/EIA-606 и определяющий правила администрирования ка­бельнойсистемы.
В начале 2000 года увидела свет дополненная редакция стандарта ISO/IEC11801, в которой введен ряд новых параметров и уточнены значения традиционныхпараметров отдельных компонентов и трактов на основе витых пар.
Все три стандарта достаточно близки друг к другу и подробно нормируютосновной комплекс вопросов, связанных с построением СКС. Определенные отличиянепринципиального характера имеются как в перечне допустимой для построения СКСэлементной базе и предельно допустимых параметрах отдельных компонен­тов, так ив терминологии и глубине освещения некоторых вопросов. На практике имен­ноиз-за последнего обстоятельства в различных ситуациях приходится пользоватьсякак международным стандартом ISO/IEC 11801, так и американским стандартомTIA/EIA-568-A, а такжедополняющими его техническими бюллетенями TSB. Тем не менее, мож­ноконстатировать, что за прошедшие десять лет удалось в значительной степени пре­одолетьимеющиеся первоначальные различия: известные на середину 2000 года версииосновных нормативно-технических документов СКС отличаются друг от друга значи­тельноменьше. 1.3          Национальныенормативные документы.
  
 Кроме международных стандартов, вряде ев­ропейских стран действуют свои национальные нормативные документы,учитывающие требова­ния местной промышленности, исторические традиции,законодательные акты смежных областей и другие особенности. Ссылки на такие до­кументымогут встречаться в сопроводительной технической документации в случае поступле­нияоборудования СКС в рамках реализации комплексных проектов. Например, своянормативная база, ориентированная в основном на положения американскихстандартов, имеется в Австралии и Новой Зеландии.Обычно национальные нормы неимеют принципиальных расхождений с международными, европейскими и американскимистандартами. Эти документы отличаются главным образом используемойтерминологией и глубиной проработки отдельных положений. Поэтому в дальнейшемони специально не рассматриваются и упоминаются только в случае необходимости.
    К сожалению, по состоянию насередину 2003 года в России только разворачивалась работа по созданиюнационального стандарта по телекоммуникационным кабельным системам, которыеможно рассматривать как аналог соответствующих зарубежных. Поэтому проектбазируется на международных стандартах и национальных стандартах США.Отечественными нормативными документами, дополнительно используемыми при установкеСКС, являются Правила устройства электроуста­новок (ПУЭ), а также некоторыеГОСТы по правилам выполнения проектных работ, оформления проектной документациии тестированию кабельных изделий.2.    Построение и технические аспекты СКС.2.1          ОсобенностиСКС.
Под СКС будем понимать кабельную систему, принцип построе­ния которой отвечает трем основным и нескольким дополнительным признакам. К основ­ным признакам СКС относятся:
·       структуризация;
·       универсальность;
·       избыточность.
Структуризация предполагаетразбиение кабельной проводки и ее аксессуаров наотдель­ные части или подсистемы, каждая изкоторых выполняет строго определенныефункции и снабжена стандартизованныминтерфейсом для связи с другими подсистемами исетевым оборудованием. В состав любойподсистемы обязательно включается развитыйна­бор средств переключения, что обеспечиваетее высокую гибкость и позволяет создавать сложные структуры с конфигурацией, легко и быстро меняемой и адаптируемой под по­требности конкретных приложений. При построении системы используется обобщенный подход без привязки к какому-либо конкретному виду кабеля или коммутационного обору­дования. Это дает возможность без каких-либо сложностей на любом уровне одинаково легко применять как оптические, так и электрические технологии передачи сигналов, вы­бор которых полностью определяется местными условиями и максимальной технико-эко­номической эффективностью данного конкретного проекта.
Универсальность кабельной системыпроявляется в том, что она изначальностроится не для обеспечения работы какой-либоконкретной, пусть и весьма распространеннойсете­вой технологии, а создается на принципах открытой архитектуры с заданным и зафикси­рованным в стандартах набором основных технических характеристик. При этом в норма­тивных документах задаются параметры как электрических и оптических кабельных трасс отдельных подсистем, так и их интерфейсов. Это позволяет обеспечить возможность ис­пользования кабельной системы для передачи сигналов самых разнообразных приложений всочетании с сокращением количества типов кабелей до двух: симметричного (из витых пар)и волоконно-оптического. Технический уровень элементной базы, используемой для созданияСКС, задается стандартом таким образом, чтобы обеспечить продолжительность эксплуатациикабельной системы минимум в 10 лет.
Под избыточностью понимаетсявведение в состав СКС дополнительныхинформаци­онных розеток, количество иразмещение которых определяются площадью итопологией рабочих помещений, а не планамиразмещения сотрудников и расположенияофисной ме­бели. Это позволяет легкоорганизовывать новые рабочие места, а такжевыполнять переме­щения сотрудников иоборудования. Применение принципа избыточностиобеспечивает воз­можность очень быстройадаптации кабельной системы под конкретныепроизводственные потребности и позволяет неостанавливать работу офиса или его части припроведении каких-либо организационных итехнических изменений. Посколькупродолжительность эксплуатации СКС в несколькораз превышает аналогичный показатель дляостальных компонентов информационнойинфраструктуры здания, этот принцип особенноважен.
Создание эффективной СКС и ее эксплуатация невозможны без выполнения ряда до­полнительныхусловий. СКС обязательно должна иметь:
·       каталог продукции;
·       нормы и методикипроектирования, позволяющие выполнить требованиядействую­щих стандартов;
·       возможность управления(или администрирования) в соответствии состандартными процедурами;
·       систему подготовкикадров и обеспечения гарантии производителя;
Кабельная система, не обладающаяхотя бы одним дополнительным, а тем более основ­нымиз признаков, перечисленных выше, называется исключительнойввиду того,что она единственная в своем роде.
Применение СКС позволяет:
·       при относительновысоких начальных вложениях обеспечитьсущественную экономию полных затрат за счетдлительного срока эксплуатации и низкихэксплуатацион­ных расходов;
·       поднять надежностькабельной системы;
·       производить сменуконфигурацию и наращивание комплексаинформационно-вычис­лительных систем офисногоздания без влияния на существующую проводку;
·       Использоватьодновременно различные сетевые протоколы и сетевые архитектуры в одной системе.
·       Комбинировать в единуюсистему оптические и электрические тракты передачи сигналов.
·       Устранить путаницупроводов в кабельных трассах.
·       Создать единую службуэксплуатации.
·       За счет наличиястандартизованного интерфейса снабдить средой передачи информа­ции основнуюмассу действующего и перспективного сетевого оборудования различ­ных классов.
·       Обеспечить за счетпринципа построения из отдельных модулей быструю локализа­цию неисправности,восстановление связи или переход на резервные линии.2.2          Топология СКС.
В основу любой структурированнойкабельной системы положена древовидная тополо­гия, которую иногда называют такжеструктурой иерархической звезды. Узлами структуры являются коммута­ционноеоборудование различного вида, называемое дистрибьютор (distributor), которое обычно устанавливается в технических помещенияхи соединяется друг с другом и с информационными розетками на рабочих местахэлектрическими и оптическими кабелями.
Пример топологии иерархической звезды приведенна рис. 2.1.

Рис. 2.1. Топология иерархической звезды.
Стандарты не регламентируют типкоммутационного оборудования, определяя только его параметры. Для монтажа идальнейшей эксплуатации коммутационного оборудования необходимы техническиепомещения. Все кабели, входящие в технические помещения, обязательно заводятсяна коммутационное оборудование, на котором осуществляются все необходимыеподключения и переключения в процессе строительства и текущей эксплуатациикабельной системы. Это обеспечивает гибкость СКС, возможность легкойпереконфигурации и адаптируемости под конкретное приложение. Основой дляприменения именно иерархической звездообразной топологии является возможностьее использования для поддержки работы всех основных сетевых приложений. 2.3          Техническиепомещения.
Техническиепомещения, необходимые для построения СКС и информационной системы предприятия,в целом делятся на аппаратные и кроссовые.
Аппаратнойв дальнейшем называется техническое помещение, в котором наряду скоммутационным оборудованием СКС располагается сетевое оборудованиеколлективного пользования (АТС, серверы, концентраторы). Если основной объемустановленных в этом помещении тех