Экранировать сетевую проводку или нет?

Экранирование проводки локальной сети не гарантирует полной помехозащищенности, к тому же такое решение стоит дорого, а стандарты проработаны не до конца.

Уже на этапе выработки технического задания на информационную систему и заказчику, и разработчику целесообразно задуматься о предполагаемой защищенности создаваемой системы от электромагнитных помех, снижающих надежность работы системы, и об уменьшении излучений из самой системы, позволяющих потенциальному конкуренту получить конфиденциальную информацию. Наиболее уязвимой, с этой точки зрения, на первый взгляд, выглядит проводка информационной системы, поскольку представляется замечательной антенной, как собирающей все мыслимые и немыслимые помехи, так и излучающей наружу всю передаваемую по ней информацию. И поэтому самым простым методом борьбы за защищенность информационной системы считается использование экранированных кабелей с последующим заземлением их экранов. Как и во всяком мифе, в этом тоже есть часть правды. Да, проводка - это антенна, да - она принимает помехи, да - она излучает наружу. Кроме того, экранирование кабелей часто приносит желаемые результаты.

И все же с начала 90-х годов дебаты об относительных преимуществах экранированных и неэкранированных проводок возобновились с новой силой. Причины - в увеличении количества информационных сетей и быстром росте (в десятки раз) темпов передачи информации в них.

Увеличение количества информационных сетей привело, в первую очередь, к желанию пользователей платить действительно обоснованную цену за защищенность своих систем (экранированные кабели достаточно дороги). Увеличение же темпов передачи информации выявило принципиальные технические и инженерные проблемы. К таковым в первую очередь следует отнести неэффективность традиционного экранирования на частотах 100 МГц и выше, а также непроработанность комплекса вопросов, связанных с использованием экранированных кабелей и разъемов в информационных сетях.

На первый взгляд кажется, что лучше заэкранировать проводку локальной сети и не возиться с помехозащищенностью всей системы. Но следует помнить, что, приняв такое решение, вы добавляете довольно много сложной работы, а достичь высокой помехозащищенности все же не удается. Дело в том, что применение полностью экранированных проводок требует выполнения сложного комплекса условий:

a) нужно правильно выбрать конструкцию экрана кабеля;
б) необходимы экранированные соединители;
в) требуется тщательная заделка экранов в соединителях;
г) следует тщательно выполнять заземление;
д) монтажные работы с экранированной проводкой нужно выполнять особо качественно.

Кроме сказанного выше, надо иметь в виду, что таких великолепных стандартов, какие есть для неэкранированных систем, для экранированных проводок пока нет, как нет и хорошей документации на экранированные восьмиконтактные модульные соединители. В результате предпринятых усилий в отдельных случаях экранированная проводка может оказаться не более помехозащищенной, чем ее неэкранированная сестра.

Рассмотрим подходы к правильному выбору элементов экранированной проводки и характерные, наиболее часто встречающиеся ошибки.

ЭКРАНИРОВАННЫЕ И НЕЭКРАНИРОВАННЫЕ КАБЕЛИ

Прежде всего разберемся в терминах. Наиболее ясен термин UTP (Unshielded Twisted Pair) cable. Это - неэкранированный кабель из неэкранированных витых (скрученных) пар. Другие аббревиатуры раскрыть сложнее... STP (Shielded Twisted Pair) cable означает, как правило, что экран имеется общий для всего кабеля. Примеры: кабели SHIELDED Category 5 фирмы Mohawk, 1456A Shielded фирмы Belden. Самое распространенное исключение - кабель IBM Type 1, у которого экран имеет каждая пара и есть общий экран двухпарного кабеля - оплетка проволокой. Кроме того, встречается сокращение FTP (Foiled), которое означает, что каждая пара в кабеле в отдельности обмотана фольгой. Весь кабель при этом также часто имеет экран, и в этом случае обозначается S-FTP. Произнося слова "экранированная витая пара", надо четко пояснять, какой кабель имеется в виду, иначе конструкция останется непонятой (см. врезку).

Обратим внимание, что общий экран кабеля встречается двух видов: одинарный - охватывающая весь сердечник (все четыре пары), проложенная вдоль фольгированная пленка (в этом случае есть еще и медный луженый дренажный проводник) или же двойной - фольгированная пленка плюс наложенная поверх нее луженая оплетка. Второй вид экрана прочнее и эффективнее, но в то же время толще, тяжелее и дороже.

Конструкции кабельных экранов имеют существенные отличия. Если экран выполнен из продольно наложенной фольгированной пленки, то она лежит обычно алюминиевой стороной внутрь, к сердечнику кабеля, и по этой же стороне прокладывают дренажный проводник. Если же поверх фольгированной пленки наложена еще оплетка, то в этом случае слой алюминия часто повернут наружу, и оплетка соприкасается с ним.

Экран из фольгированной полимерной пленки может выполняться с нахлестом или продольным швом типа кровельного. Иногда такой шов герметизируют путем сварки или склейки полимерной пленки. Как правило, в конструкцию экрана входит дренажная проволока, проложенная для шунтирования порывов фольги, которые могут возникнуть при производстве работ.

Оплетка проволоками также имеет свои особенности: от ее плотности и других параметров зависят экранирующие свойства, по частотным характеристикам отличающиеся от фольгового экрана. По этой причине эффективно именно совместное использование фольги и оплетки. Наилучшим современным кабельным экраном можно считать сочетание наложенной вдоль кабеля оболочки из фольгированной пленки и оплетки проволоками поверх нее. Рис. 1.

ЗАДЕЛКА КАБЕЛЕЙ В ЭКРАНИРОВАННЫЕ РАЗЪЕМЫ

Основная роль экранированного соединителя - обеспечить путь низкого сопротивления для тока, текущего от кабельного экрана к земле. Для этого кабельный экран должен тщательно заделываться вокруг корпуса соединителя (как это показано схематически на Рис. 2. Следует помнить, что на частотах около 100 МГц такие "жгутики" и "хвостики" могут стать весьма существенным источником излучения из компьютерной проводки и, в свою очередь, значительным сборником помех.

Кстати говоря, для чисто фольговых экранов (без бандажирующей оплетки) сделать сказанное выше - довольно непростая монтажная задача. Поэтому так часто и ограничиваются только присоединением к экрану разъема дренажной проволоки, а это вызывает излучение из сети. В настоящее время еще нет стандарта на 8-контактный экранированный модульный соединитель, и поэтому эффективность экранированных гнезд и разъемов разных фирм недостаточно обоснована. Не определена долговременная работоспособность совместного экрана "гнездо-разъем" при многократных вставлениях и выниманиях (разъединениях), а также сохранность (целостность) кабельного экрана в месте заделки в экранированном соединителе. Многие хорошо знают, что именно это место (кабель-разъем) часто повреждается.

ПРАВИЛЬНО ВЫПОЛНЕННОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ

Заземление аппаратуры бывает, как известно, "защитное" и "приборное". Первое выполняется для защиты персонала от случайных опасных напряжений на корпусах и экранах оборудования. А вот второе играет другую роль: оно должно снижать помехи в системе и внешние излучения. И если в области постоянного тока и низких частот роль заземления более или менее понятна, то на высоких частотах (а в данном случае речь идет о частотах до 100 МГц!) и при мощных импульсных помехах (лифты, сварка, люминесцентные лампы) его функции еще в достаточной мере не проработаны.

Приведем показательный пример. На частоте 100 МГц длина волны вдоль экрана составит около 2 м (при коэффициенте укорочения длины волны 1,5, обычном для кабелей с полиэтиленовой изоляцией). Следовательно, длина заземляющего провода должна быть много меньше половины длины волны (т.е. 1 м), чтобы не слишком излучать на этой частоте. Как видим, привычные заземления длинными проводами на этих частотах неэффективны. Обычно же в первую очередь обсуждают сопротивление заземления, а его длину и другие характеристики - во вторую очередь. Следует обратить внимание на распределение заземляющих проводов и заземлителей: от их расположения (ведь это антенная система!) может существенно меняться излучение из системы и ее помехозащищенность.

СТАНДАРТЫ НА СТРУКТУРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ

Ситуация с экранированными проводками нашла отражение и в принятых в 1995 году стандартах. Американский стандарт ANSI/TIA/EIA-568A их не поддерживает, в то время как европейский EN50173 и международный IS 11801 признают, правда в качестве альтернативы. Если стандарты на неэкранированные кабельные системы "вылизаны" до блеска, то в части, касающейся экранированных проводок, они явно требуют доработки.

В стандартах практически не рассмотрены вопросы заделки и заземления соединителей, одни из наиболее важных при экранировке. На частотах 100 МГц и выше проблема защиты может приобрести совершенно самостоятельную роль. На взгляд авторов, к настоящему времени неэкранированные проводки Категории 5 проработаны значительно глубже, чем экранированные. Например, вопросы совместимости систем разных компаний продвинуты в проводках из неэкранированных кабелей достаточно хорошо, чего нельзя сказать об альтернативных системах с экранированными кабелями.

НЕМНОГО ПРАКТИКИ

В мировой практике, в том числе и в России, проводки из неэкранированных кабелей в вычислительных сетях получили в настоящее время большее распространение, чем проводки с экранированными кабелями. Опыт фирмы "Диалог-Сети", одной из первых в России начавшей монтаж структурированных кабельных систем AT&T SYSTIMAX(r)SCS , показывает, что в большинстве случаев легко достичь требуемых параметров помехозащищенности и излучения на системах с неэкранированными кабелями. В критических же случаях проводки из оптических кабелей оказываются значительно эффективнее систем с экранированными кабелями.

РЕЗЮМЕ

Разумеется, речь не должна идти о том, что от экранированных кабелей следует отказаться. Они свое еще послужат. Важно отдавать себе отчет в том, что возможности их применения в информационных сетях серьезно ограничены. Поэтому вкратце сформулируем основные соображения, которые необходимо принимать во внимание при проектировании информационных систем:

a) в высокочастотных кабельных системах (100 МГц и выше) существующие способы экранирования малоэффективны и нуждаются в доработке и стандартизации;

б) в случаях, когда требуется максимально исключить излучение из проводок, а также в тяжелых условиях наличия мощных магнитных полей (например, металлургическое производство), целесообразно рассмотреть возможность использования оптических кабелей, вплоть до оптики "к столу";

в) в условиях отсутствия стандартов на экранированные кабельные проводки их применение приводит к снижению "открытости" информационной системы, потере гибкости, привязке к оборудованию одного производителя. Тем самым не обеспечивается в должной мере защита инвестиций в информационную систему;

г) монтаж проводок из экранированных кабелей, включая прокладку самого кабеля и заземление, должен выполняться монтажниками самого высокого класса;

д) в случаях, когда требования на EMC-характеристики кабельной проводки не выходят за рамки требований EMC Directive, целесообразно использование кабельных проводок из неэкранированных кабелей.

НЕ ЗАПУТАЙТЕСЬ В НАЗВАНИЯХ!

UTP, FTP и STP

1. IBM Advanced Connectivity System. FTP/UTP Cabling (FTP/UTP-проводка) содержит следующие типы кабелей:
a) S-FTP (Heavy Duty) - тяжелые условия?
Screened/foiled category 5 4P, PVC (оплетка + фольгированная пленка АС/ПЭ)
б) FTP 4P, CMX (Foiled category 5)
в) UTP 4P, CMX (Unshielded category 5)

2. BICC Brand-Rex - тоже три типа кабеля (UTP, FTP, S-FTP) в двух вариантах: по обычным нормам и по требованиям ЕС.

3. Montrose/CDT. Тот же кабель, что у IBM назван S-FTP, у этой фирмы назван C-STP.

4. Mohawk wire & cable. SHIELDED - то же самое, что у других Foiled (конструкция экрана та же). (Списано с оболочки кабеля.)

5. Belden. Такой же кабель назван S/UTP.

6. Filotex (ALCATEL). U.T.P., S.T.P. (?!)

Как видим, подобные конструкции кабелей различных фирм имеют разные обозначения. Следует быть внимательным!