Power over Ethernet (PoE) — технология, позволяющая передавать удалённому устройству электрическую энергию вместе с данными через стандартную витую пару в сети Ethernet. Данная технология предназначается для IP-телефонии, точек доступа беспроводных сетей, IP-камер, сетевых концентраторов и других устройств, к которым нежелательно или невозможно проводить отдельный электрический кабель.
Технология PoE описана стандартами IEEE 802.3af-2003 и IEEE 802.3at-2009. Существует несколько вариантов этой технологии, предшествующих первому стандарту, но они мало распространены.
О Коммутаторах, как таковых.
Разберемся, какие бывают виды сетевых коммутаторов, и что они из себя представляют. Сетевой коммутатор (жарг. свитч, свич от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном (втором) уровне модели OSI. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы (3 уровень OSI).
В отличие от концентратора (1 уровень OSI), который распространяет трафик от одного подключённого устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю (исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети и трафик для устройств, для которых неизвестен исходящий порт коммутатора). Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.
Коммутаторы характеризуются:
- скоростью передачи данных (100Мб/сек, 1Гб/сек и 10Гб/сек и т.д.)
- количеством портов (2, 4, 8, 16, 24, 48, 64 и т.д.)
- поддержкой сетевого уровня (network layer- layer1, layer2, layer3)
- поддержкой PoE и без неё
Так-же условно можно разделить все коммутаторы на группы:
1.Неуправляемые коммутаторы – эти простые устройсва,как правило уровня Layer 1 и Layer 2, не имеющие инструментов ручного управления. Нишей данных коммутаторов являются домашние сети, а так-же малые предприятия. Главное их достоинство – доступная цена.
Из недостатков можно назвать малые предельные нагрузки, и как следствие стабильность работы. Затрудненная диагностика, отсутствие средств администрирования. Такие устройства редко используются на предприятиях среднего и большого размеров, т.к. издержки из-за отказов в работе и сложность диагностики превышают изначальную экономию бюджетов. Так-же отсутствие интерфейсов управления накладывает ряд ограничений в их использовании.
2.Управляемые коммутаторы – по большей части, это коммутаторы уровней Layer 2 и Layer 3. Они являются более сложными устройствами, имеющими встроенные средства управления, диагностики и отсдеживания состояния. Как следствие, стоимость этих аппаратов выше, чем неуправляемых коммутаторов.
Разделение по уровням модели OSI:
Layer 1 - Сюда относятся хабы, повторители, другие устройства, работающие на первом уровне модели OSI. Эти устройства работают не с данными, как сущностью, а с сигналами. Приняв сигнал на один порт, она просто ретранслируют полученный сигнал на все остальные порты. Устройства с таким функционалом в нынешнее время не производится, редко используются, и ещё реже встречаются в продаже.
Layer 2 - К этой группе принадлежат устройства, работающие на втором (канальном) уровне модели OSI. В основном это неуправляемые коммутаторы. Данные коммутаторы работают с сигналом как с данными, считывая «фреймы». Они могут понять, с какого МАС адреса был принят кадр, и на какой адрес(а) его надо отправить. Эти коммутаторы составляют таблицы, в которых соотносят свои порты MAC-адресами устройств, отправляющих фреймы на данный порт.
Layer 3 - Третий уровень модели OSI называется сетевым уровнем. Его главная задача – определение оптимального маршрута передачи данных, трансляция логических адресов в физические, определение коллизий в сети. На сетевом уровне работают все маршрутизаторы, часть управляемых коммутаторов, все устройства, в характеристиках которых указаны протоколы Ipv4, ipv6, IPX, IPSec и прочие.
Взаимодействие с управляемым коммутатором.
Тут возможно несколько вариантов.
Telnet
Доступ по протоколу незащищенному протоколу Telnet, взаимодействие через терминал.
SSH
Доступ по защищенному, шифруемому протоколу SSH устанавливается при помощи SSH клиентов, как Putty, KiTTY, MobaXterm, Bitvise SSH Client и прочие. Взаимодействие так-же происходит через терминал.
Тут возможно несколько вариантов
Веб-приложение, предоставляющее возможность настройки отдельных параметров «мышкой». Как правило, количество настроек ограничено, и инструменты есть далеко не для всех параметров, которые можно конфигурировать через терминал.
Power-over-Ethernet
Пришло время поговорить о PoE – что это такое и зачем оно нужно.
Эта технология предназначена для камер, телефонии, точек доступа и других устройств, к которым затруднительно подвести ещё один кабель для питания. PoE не влияет на скорость передачи данных, для её реализации используется вторая, незадействованная жильная пара. В восьмижильной витой паре используются 4-5, 7-8 жилы.
Схемы PoE-A и PoE-B распиновки сетей 100 и 1000 Мбит/сек стандарта 802.3af
| PINS on Switch | 10/100 DC on Spares (метод B) | 10/100 Mixed DC & Data (метод A) | 1000 (1 Gigabit) DC & Bi-Data (метод B) |
|---|---|---|---|
| Pin 1 | Rx + | Rx + DC+ | TxRx A + |
| Pin 2 | Rx - | Rx - DC+ | TxRx A - |
| Pin 3 | Tx + | DC- TxRx | B + |
| Pin 4 | DC + | не используется | TxRx C + DC + |
| Pin 5 | DC + | не используется | TxRx C - DC + |
| Pin 6 | Tx - | Tx - DC- | TxRx B - |
| Pin 7 | DC - | не используется | TxRx D + DC - |
| Pin 8 | DC - | не используется | TxRx D - DC - |
Питающие устройства могут отличаться, но все питаемые устройства универсальны, спроектированы для приема питания в любом варианте, в том числе приспособлены к изменению полярности.
Питающее устройство подает питание на кабель только в том случае, если питаемое устройства является питаемым PoE устройством. Это предохраняет устройства, не поддерживающие PoE от поломки в случае случайного подключение к PoE кабелю.
Процедуру подачи питания к устройству можно разбить на несколько этапов:
На первом этапе устройство - хост определяет, является ли устройство на другом конце кабеля питаемым PoE устройством.
Питающее устройство подает на кабель напряжение от 2,8 до 10 Вольт и определяет сопротивление питаемого устройства. Параметры питаемого устройства – сопротивление от 19 до 26,5 кОм с параллельно подключенным конденсатором ёмкостью от 0 до 150 нФ.
На первом этапе питающее устройство может определить диапазон мощности питаемого устройства. Существует 5 классов потребления устройств PoE. 0-3 класс – рабочие, 4 класс – зарезервированный на будущее. Для выполнения классификации, питающее устройство подает на кабель напряжение 14,5 – 20,5В и замеряет силу тока в линии.
Если параметры подключаемого устройства не входят в вышеуказанный диапазон, питающее устройство повторит проверку через 2 мс, если входит, то начнется второй этап проверки.
| Класс | Вт на порт PoE | Вт на устройство |
|---|---|---|
| 0 | 15,4 | от 0,44 до 12,95 |
| 1 | 4,5 | от 0,44 до 3,84 |
| 2 | 7 | от 3,84 до 6,49 |
| 3 | 15,4 | от 6,49 до 12,95 |
| 4 | 30 | от 12,95 до 25,5 |
После прохождение первого этапа, питающее устройство подает на кабель напряжение в 48В с фронтом нарастания не более 400 мс. После, питающее устройство контролирует подачу питания двумя способами:
1) Питаемое устройство в течение 400 мс потребляет ток, меньше, чем 5мА, питающее устройство прекращает подачу питания на кабель.
2) Подается напряжение на кабель в 1,9-5,0В, частотой 500Гц, вычисляется входное сопротивление. Если сопротивление больше, чем 1980 кОм и течение 400мс, питающее устройство прекращает подачу питания на кабель. Так-же питающее устройство контролирует ток перегрузки. Если питаемое устройство потребляет ток, больше, чем 400 мА более 75 мс, питание на кабель подаваться перестает не менее, чем на 500мс.
На сегодняшний день есть два стандарта PoE - IEEE 802.3af PoE и IEEE 802.3at-2009 Отличия данных стандартов в таблице ниже.
| Стандарт | PoEIEEE 802.3af | PoE Plus IEEE 802.3at |
|---|---|---|
| Требования к кабелю | Категория 3 (UTP CAT3) или выше | Type 1: Категория 3 (UTP CAT3) или выше |
| Type 2: Категория 5 (UTP CAT5) или выше | ||
| Сила тока | 0.35 А | Type 1: 0.35 А |
| Type 2: 0.6 А | ||
| Выходное напряжение инжектора | 44 - 57 В | Type 1: 44 - 57 В |
| Type 2: 50 - 57 В | ||
| Входное напряжение питаемого устройства | 37 - 57 В | Type 1: 37 - 57 В |
| Type 2: 42.5 - 57 В | ||
| Максимальное энергопотребление питаемого устройства | Класс PoE 0, 3: 12.95 Вт | Type 1: Класс PoE 0, 3: 12.95 Вт |
| Класс POE 1: 3.84 Вт | Класс PoE 1: 3.84 Вт | |
| Класс PoE 2: 6.49 Вт | Класс PoE 2: 6.49 Вт | |
| Класс PoE 4: не используется |
Type 2: Класс PoE 4: 25.5 Вт |
|
| Поддерживаемые питаемые устройства | IP-камеры, IP-телефоны, точки доступа | Все устройства PoE, PTZ-камеры для наружного монтажа, |
| точки доступа WiMAX, светодиодные табло, некоторые компьютеры |
802.3af - более технически совершенна, но у неё имеется ряд недостатков, как более высокая стоимость устройств, произведенных по этому стандарту, так и более высокое энергопотребление питающих устройств.
Есть так-же промежуточные решение, как «PassivePoE», которые поддерживает характеристики, соответствующие стандарту 802.3af (инжектор Passive PoE подает любое напряжение, которое подается блоком питания, не обязательно 48 В), но не протокольное.
Passive PoE не совместим с стандартом IEEE 802.3af.
Passive PoE
Обычно комплект Passive PoE (PPoE) не имеет блока питания, т.к. используется блок питания комплекта поставки питаемого устройства. При использовании инжектора Passive PoE - 30-60 метров, против 100 метров стандарта IEEE 802.3af. Так-же максимальная длинна кабеля зависит от блока питания, и часто, вопрос можно решить заменой БП на более мощный, с напряжением от 12 до 48 вольт.
Пассивный комплект PPoE-Light составляют два устройства: Инжектор и Сплиттер.
Passive PoE в основном используют в уже существующих сетях, не проектировавшихся изначально для PoE. В комплекте PoE нет блока питания, т.к. подразумевается, что будет использоваться штатный из комплектации устройства. PPoE обеспечивает работу точек доступа, IP-телефонов, камер видеонаблюдения. Как и в обычном PoE, для питания используются пары 4-5 и 7-8.
Сейчас мы разберем пример, как рассчитать параметры для использования PoE в связке телефонов Yealink SIP-T48G, поддерживающих стандарт 802.3af Class 0 мощьностью до 10,5 Вт, и коммутатор Huawei Quidway S5700-28C-PWR-EI на 24 порта.
Серия коммутаторов S5700 PWR соотвествует стандартам IEEE 802.3af и 802.3at (PoE+). Коммутаторы этой серии могут обеспечить устройства с нагрузкой до 30Вт. В данном случе на S5700-28C-PWR-EI установлен блок питания мощьностью 500W, из них PoE367W выделяется под нажды PoE устройств. В соответствии с стандартом 802.3af, к нему можно подключить 24 устройтва с мощьностью 15,4 Вт каждое или 12 устройств с нагрузкой в 30 Вт по стандарту 802.3at.
Сделав математические расчеты, мы получим:
10 * 10,5Вт = 105 Вт, что сильно меньше максимально допустимой нагрузки в 370 Вт.
Рассчёты показывают, что мы можем подключить к коммутатору Huawei Quidway S5700-28C-PWR-EI 24 телефона Yealink SIP-T48G, либо другое оборудование на по стандарту 802.3at (PoE+), мощьностью не более 30W, как клиенты HP t410AiO, которые поддерживают стандарт 802.3at (PoE+), или совмещать различные виды оборудования - видео домофон ROBIN SV 130 с поддержкой PоE IEEE802.3аf, видеокамеру с Grandstream GXV3674_HD_VF с поддержкой PоE IEEE802.3аf, и т.д.
Можно создать много различных комбинаций оборудования, работающего от PoE
Вместо послесловия:
Вопрос использование технологии PoE был и остается дискуссионным. Наиболее частый довод «против» - мнимая дороговизна внедрения PoE. Как пример – поставить на каждое рабочее место сетевой фильтр стоимостью 300р. Умножаем 300р. на 24 рабочих места, имеем затраты в 7200р.
Оценим выгоду:
Huawei S2700-26TP-EI-AC - 24 порта без PoE – 28500 Руб.
Huawei S2700-26TP-PWR-EI - 24 порта с PoE – 36595 Руб.
36595 - (28500 + 7200) = 895 руб.
Итого, имеем выгоду в 895 рублей, кучу лишних проводов, за которые явно не украшают офис. Так-же сотрудники, зацепляя их, регулярно роняют со стола телефоны. Выбор за вами.