В статье описан датчик, который позволяет детектировать наличие Ethernet сигнала в кабельном тракте бесконтактно, уставив его над любым UTP разъемом RJ45. Смысл в том, чтобы знать на 100%, что Ethernet соединение осуществляется именно по данному конкретному кабельному тракту СКС.
Нас самом деле, существующие системы управления сетью NMS (Network Managment System) знают о корпоративной сети всё и даже больше, за исключением кабельной составляющей сети. О которой они в 95% случаях не знают ничего.
Возьмите корпоративный свитч с самой навороченной системой управления, подключите к нему два ноутбука с помощью обычного красного и зеленого UTP патч-корда, и попытайтесь удаленно без зрительного контакта понять, каким кордом подключен каждый из ноутбуков. Сдается мне, что решить эту задачу можно только с помощью нашего датчика.
В этой задаче патч-корд — это вырожденная до примитивности модель кабельного тракта корпоративной структурированной кабельной системы (СКС), а реальный тракт много сложнее.
Пытливый читатель может заметить, что в мире уже есть много вариантов отслеживания переключений СКС (но задачу с красным и зеленным кордом они не решат), называемых интеллектуальные СКС. Это действительно так, но все они весьма дороги. Наша задача снизить цену интеллектуальной СКС в разы, в самом деле, в разы. За счет чего? За счет российской инновационной технологии.
Во-первых, практически все существующие интеллектуальные СКС работают по схеме кросс-коннект, для переключения требуется две интеллектуальные патч-панели. Вот как выглядит тракт по схеме кросс-коннект:
- половинка патч-корда, расшитая с одной стороны на патч-панели, с другой подключаемая в свитч;
- порт патч-панели;
- патч-корд, обычно нестандартный и дорогой;
- permanent link до рабочего места (включает в себя порт другой патч-панели, кабель, розетку на рабочем месте);
- патч-корд до компьютера на рабочем месте.
Наша интеллектуальная патч-панель, пожалуй, единственная в мире, может работать по схеме интер-коннект:
- патч-корд обычный и стандартный;
- permanent link до рабочего места;
- патч-корд до компьютера на рабочем месте.
В итоге деньги просто экономятся на лишнем оборудовании, и еще в телекоммуникационной стойке меньше места занимается.
Во-вторых, в нашем датчике отсутствует электромеханика. Он чисто электронный, собранный на серийных электронных компонентах, годных к контрактному производству. Люди, которые занимаются разработкой электроники, подтвердят, что наличие в изделии большого количества сложных разъемов уносит себестоимость изделия в космические дали. К слову, самая дорогая деталь электронной части нашей патч-панели — это обычный разъем RJ45, которые мы используем для передачи результатов работы датчиков (их у нас два).
Как такой датчик работает?
Датчик устанавливается над любой UTP вилкой RJ45 и имеет два сенсора. ИК-сенсор на основе ИК-диода и фототранзистора просто фиксирует наличие разъема (или пальца) вблизи датчика. Это не я придумал, конкуренты широко используют. Другой сенсор поинтереснее.
Следует отметить важную в данном контексте особенность любой вилки RJ45. Жилы кабеля одной из пар (обычно зеленой, бывает оранжевой) разделены жилами голубой пары. Эта разделенная пара отмечена на рисунке красными кружочками. Строго над жилами этой пары установлены миниатюрные 1х1х2 мм катушки индуктивности. Когда по разделенной жиле течет ток сигналов Ethernet, вокруг жил создается переменное электромагнитное поле, которое наводит в катушках ЭДС. Катушки включена «навстречу» друг другу, то есть ЭДС от дифференциального сигнала Ethernet там суммируется, а синфазная ЭДС от помехи вычитается. ЭДС получается небольшая, десятые доли милливольт, но достаточная для усиления с помощью ОУ и обработки микропроцессором.
То есть, мы с точностью до миллисекунды (можно точнее, но нет нужды) можем отследить время появление (исчезновения) сигнала Ethernet в кабеле. Это время совпадает со временем поднятия (опускания) порта на свитче. Сопоставляя эти два времени можно понять, в какой порт свитча подключен кабельный тракт, на котором смонтирован датчик. Задача красного и зеленого патч-кордов решена. И решена задача для интеллектуальной СКС в целом.
На мой взгляд этого достаточно, но перфекционисты могут отметить, что если нет установленного соединения Ethernet, то сенсор не работает. И будут по-своему правы. Для приближения к совершенству можно использовать сигналы FLP. Если нет соединения Ethernet, то в соответствии со стандартом Ethernet порт свитча передает сигналы autonegotiation Даже на разомкнутой линии, когда в розетку СКС на рабочем месте ничего не подключено, возле вилки RJ45 возникает ПЭМИ (побочное электромагнитное излучение) от тока сигналов FLP. С точки зрения математического аппарата электротехники ток называется мнимым. Но он действительно есть, нужно только, чтобы длина кабеля после датчика (permanent link) превышала 3 метра. Катушки мнимый ток тоже отслеживают, но электроника для обработки сигнала обходится чуть дороже.
Как помним, порт свитча не передает сигналы Ethernet. Поэтому ему можно без последствий сделать shutdown, сигналы FLP передаваться не будут, и одновременно с shutdown (а затем с no shutdown) сенсор на катушках изменит свое состояние. Опять сопоставляем события на свитче и датчике.
Реализована система так. Есть шасси, никакой электроники, только крашенная сталь, куда можно вставить UTP модули Keystone любого производителя.
В шасси есть ниша для установки системы датчиков, которую можно закрыть заглушкой. То есть, для начала можно установить обычную панель, а потом сделать её интеллектуальной в любой момент без перерыва в работе сети. Карту кабельных подключений можно будет потом восстановить автоматически. Понятно, что для этого нужно прикупить плату датчиков.
И панель станет интеллектуальной.
Ответы на потенциальные вопросы:
С экранированными СКС не работает. Можно экранированный кабель, а вилка RJ45 и Keystone не экранированные. По-моему, разумно. Если у вас злоумышленник может проникнуть в серверную, то экранированный патч-корд не спасает.
С оптикой тоже не работает. Скорее всего, можно сделать аналог для оптики. Датчики для приборов ночного видения (и прицелов) развиваются очень быстро. Уже могут ловить пиковатты. Установив подобный датчик на внешнюю поверхность оптической жилы, можно в принципе понять, есть ли там полезный сигнал. Но в ЦОД сейчас переходят на многожильные оптические разъемы, там и так становится понятна карта кабельных подключений. А в серверных отслеживать 2-3 uplink представляется бессмысленным.
С помощью катушек снять данные в кабеле нельзя. Сенсор очень узкополосный (резонанс ~10 Мгц), а сигнал Ethernet очень широкополосный.
Цену на порт в таких системах не принято публиковать, товар штучный. По сравнению с конкурентами выходит очень и очень недорого.
Про софт. Есть софт, который пишет события СКС в Postgres. Своего софта, который рисует красочные картинки, нет. С одной стороны, можно в NMS с помощь примитивных скриптов просто показывать таблицу кабельных подключений конкретного свитча при щелчке на свитче и можно просто интегрировать упомянутую БД с Helpdesk, избежав немалых затрат на прорисовку этажных кабельных трасс.
С другой стороны, можно интегрировать в сторонние программы графической визуализации физической инфраструктуры с прорисовкой кабельных трасс. С третьей стороны, Минстрой обещает, что в Москве в 2020 году все вновь проектируемые здания будут с BIM (Building Information Model), где СКС будет прям в трехмерном виде. В перспективе, пожалуй, туда надо интегрироваться.
Нужно ли это в принципе? Кому-то да, кому-то нет. Причем, ответ со временем может измениться. Но недорогое шасси патч-панели со слотом для датчиков позволяет отложить решение вопроса до лучших времен, а затем быстро и эффективно его решить, когда эти времена наступят.
Если что-то упустил, пожалуйста, спрашивайте.
P.S. Философское отступление. На данный момент из всех уровней OSI компьютерной сети СКС единственный, который не контролируется автоматически. Без контроля, ручного или автоматического, СКС будет сползать в хаос по второму закону термодинамики. Если у вас с патч-кордами порядок (и это правильно) значит вы так или иначе тратите на это ресурсы.
P.S.S. В комментариях пишут, что проще заставить админа вести журнал кабельных подключений. Заставить можно, ну тогда еще нужен аудитор, который будет периодически проверять достоверность записей кабельного журнала. Интересно, как это он будет делать.
P.S.S.S. В комментариях наблюдается стойкая уверенность, что с помощью чтения mac-адреса на порту свитча можно получить информацию об СКС. Все нормальные NMS отлично читают mac-адреса, и лично я не встречал NMS, в которых бы фигурировали патч-панели с картами подключений. Может производители NMS просто не догадываются, что СКС туда интегрировать очень даже просто?