10 Gigabit Ethernet по кабелю из витых пар на уровне горизонтальной подсистемы вплоть до рабочего места — большинству пользователей это кажется сказкой, а для многих проектировщиков технология уже стала головной болью. Обычно решение об инвестициях в инфраструктуру принимается, когда необходимость модернизации становится неизбежной. В этом случае времени на ожидание официальной ратификации соответствующего стандарта IEEE нет, а выбор предстоит непростой: Категория 6 в обычном или экранированном варианте либо сразу же Категория 7?

Стандарт IEEE 802.3ae, нормирующий передачу сигналов 10 Gigabit Ethernet по волоконно-оптическому кабелю, был ратифицирован в 2002 г.

С того времени этот широко распространенный протокол для локальных сетей начинает активно применяться в глобальных сетях. Одновременно оптическая проводка из городских и территориальных сетей проникает в вертикальные подсистемы зданий. Однако при переходе в область горизонтальной проводки из соображений минимизации общей стоимости решения более предпочтительным является применение кабелей на основе витых пар. Вот почему проектировщики и администраторы ИТ так рассчитывают на стандарт 10 Gigabit Ethernet по меди. Принятие соответствующего стандарта IEEE 802.3an запланировано на июль 2006 г.

В настоящий момент область применения 10GBaseT представляется очевидной. Технология как нельзя лучше подходит для построения кластеров серверов в центрах данных, где этот вариант имеет существенные преимущества по сравнению с волоконной оптикой. Альтернативный протокол 10GBaseCX4 обеспечивает максимальную дальность передачи всего на 15 м и поэтому едва ли может восприниматься всерьез.

Несомненно, что 10BaseT будет постепенно проникать и на уровень горизонтальной подсистемы структурированной проводки. Сейчас только очень консервативно настроенный проектировщик сомневается в необходимости широкополосного канала и резервов по пропускной способности. В качестве аргумента в пользу такого решения вовсе не обязательно привлекать неочевидную сегодня потребность поддержки мультимедийных приложений или обработки изображений в реальном времени. Достаточно сослаться на такие часто встречающиеся задачи, как поддержка VoIP, контроль за появлением вирусов и обновление программного обеспечения, чтобы понять всю полезность широкополосного канала. Причем инсталлируемая кабельная проводка должна иметь такой запас по характеристикам, чтобы его хватило на поддержку функционирования нескольких поколений аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения.

КАБЕЛЬНАЯ ДИЛЕММА

Тот, кто отвечает за построение информационной инфраструктуры, неизбежно сталкивается с непростой задачей выбора типа кабельной системы. Однако рабочие группы ISO/IEC и EIA/TIA смогут сформулировать требования к проводке только после того, как комитет IEEE 802.3an окончательно утвердит спецификации интерфейса. И на фоне непрекращающихся дискуссий о параметрах расширенной Категории 6/Класса Е (по терминологии EIA/TIA) или нового Класса Е (по терминологии ISO/IEC) большинство проектировщиков заняли выжидательную позицию. Впрочем, значительная часть проблем может быть успешно разрешена.

ПОЛИТИЧЕСКИЙ АСПЕКТ

Необходимое условие рыночного успеха стандарта IEEE 802.3an состоит в возможности транспортировки данных по уже проложенной проводке. В этом, безусловно, заинтересованы производители оборудования, компонентов и программного обеспечения. IEEE даже оценивал перспективы использования в качестве среды передачи проводки Категории 5/Класса D, однако этот подход пришлось отвергнуть по причинам технического характера. Для дальнейшей работы выбраны четыре модели кабельной проводки с различными длинами трактов.

В дальнейшем предполагается использование Категории 6, причем не только в экранированном, но и в неэкранированном варианте. Экранированная техника широко распространена лишь в немецкоязычных странах, где традиционно большое значение придается защищенности проводки. Как правило, это обеспечивается применением кабелей типа S/FTP с двойной экранировкой, т. е. каждая пара снабжается пленочным экраном (индекс F в типе кабеля), а общий экран образуется при помощи проволочной оплетки (индекс S). Во Франции от общего экрана нередко отказываются, предпочитая кабели со структурой U/FTP.

В других странах устанавливают неэкранированные кабели UTP (более точное наименование типа U/UTP). Как бы то ни было, протокол 10GBaseT должен устойчиво работать по кабелям всех перечисленных типов.

ТЕХНИЧЕСКИЙ АСПЕКТ

В случае 10GBaseT поток 10 Гбит/с требуется втиснуть в полосу частот 500 МГц. Для этого его распределяют по четырем парам с изощренным линейным 128-точечным (16 х 16/2 бит) кодированием Double Square (DSQ) и четырехуровневой амплитудно-импульсной модуляцией РАМ 16. Кабель с витыми парами на частоте 500 МГц имеет достаточно большое затухание, и поэтому на фоне шумов принимаемый сигнал выделяется с трудом. Разработчики предпринимают все возможное, чтобы в максимально полной степени подавить помехи различной природы.

В интерфейсе обязательно используется матрица подстраивающихся процессоров, наличие которой обеспечивает возможность компенсации некоторых видов помех, возникающих при передаче 10-гигабитного информационного потока по кабелю из витых пар. Однако против внешних помех эта техника бессильна, поскольку компенсировать можно только то, о чем есть априорная информация.

Наиболее серьезно данная проблема проявляется в отношении межкабельных переходных наводок со стороны соседних кабелей и розеточных модулей. Эта разновидность помехи пренебрежимо мала в экранированных конструкциях. В случае же неэкранированной элементной базы мощность межкабельной помехи существенно зависит от взаимного расположения кабелей, а не только от параметров элементной базы. Столь непростая взаимосвязь крайне осложняет жизнь проектировщику.

ОПТИМИЗАЦИЯ ANEXT ПУТЕМ НОРМИРОВАНИЯ?

Для поддержки функционирования 10GBaseT верхняя граничная частота диапазона нормирования параметров в спецификациях кабелей и разъемов должна быть увеличена с 250 до 500 МГц. Причем органы по стандартизации придерживаются различных подходов. ISO/IEC в процессе разработки своего «нового» Класса Е применила принцип линейной интерполяции, TIA терпимее относится к характеристикам элементной базы улучшенной Категории 6 в области высоких частот, тогда как IEEE еще более ослабляет требования по параметру NEXT на частотах свыше 330 МГц (см. Рисунок 1).

Надо ясно отдавать себе отчет в том, что понятия «новая» и «улучшенная» относятся к полной спецификации линии, а не только к кабелю. Имеющаяся проводка может быть использована и для передачи сигналов 10 Gigabit Ethernet. Если кабель и розеточные модули рассчитаны для работы на частотах вплоть до 250 МГц, то это вовсе не означает их неадекватность в частотном диапазоне до 500 МГц. Данное положение справедливо в первую очередь в отношении экранированной элементной базы.

Рисунок 2. Межкабельные переходные влияния наиболее критичны, если несколько неэкранированных кабелей прокладываются параллельно друг другу на большом протяжении (например, как на этом межэтажном переходе).

Наибольшая неопределенность связана не с параметром NEXT, а с обеспечением требований стандарта по параметру Alien NEXT. Ситуацию усугубляет отсутствие нормированных методик тестирования, в соответствии с которыми было бы возможно получение воспроизводимых результатов. Для разработки процедур тестирования необходимо предварительно установить, на каком протяжении горизонтальные кабели пролегают параллельно и насколько плотно они прилегают друг к другу. Как ни парадоксально, но показатели параметра Alien NEXT заметно ухудшаются при укладке кабелей в регулярные жгуты (см. Рисунок 2) и улучшаются при их расположении в кабель-канале «внавал». Результаты, полученные в тестовой лаборатории Reichle & De-Massari в процессе экспериментов с обычными неэкранированными кабелями, показали, что при их параллельной прокладке в виде жгута на протяжении всего 30 см различия в фактических значениях параметра Alien NEXT могут достигать 10 дБ!

Разработчики кабельной продукции и разъемов принимают все меры, чтобы добиться в тракте передачи как можно больших запасов по защищенности от помех. Для уменьшения параметра NEXT проще всего увеличить расстояние между отдельными парами внутри кабеля. Для улучшения характеристик по межкабельным наводкам ANEXT следует увеличить внешний диаметр кабеля и уменьшить шаг скрутки отдельных пар. В результате подобной «оптимизации» диаметр 10-гигабитного неэкранированного линейного кабеля достигает порой 10 мм! В области коммутационного оборудования в большинстве случаев приходится разрабатывать новые коммутационные панели с увеличенным расстоянием между отдельными розеточными модулями.

Рисунок 3. Применение элементов экранирования в неэкранированном кабеле Категории 6 позволяет получить значительные запасы по отношению к требованиям стандартов.

Одним из путей решения задачи обеспечения требуемых качественных показателей сверхвысокоскоростной горизонтальной проводки является использование в неэкранированных трактах принципов экранирования. В рамках реализации такого подхода компания Reichle & De-Massari и норвежский производитель кабельной продукции Draka разработали новый кабель: в составе его сердечника предусмотрены пленочные экранирующие элементы, отдельные сегменты которых полностью изолированы друг от друга и от окружающей среды. Их длина настолько мала, что по ним не могут протекать выравнивающие токи, и потому антенной они служить не могут. Используемые для установки на такие кабели розеточные модули имеют соответствующие экранирующие покрытия. Предлагаемая конструкция позволяет улучшить характеристики тракта по параметру Alien NEXT без классического экранирования (см. Рисунок 3).

ПРОБЛЕМА ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Можно ли утверждать, что отсутствие непрерывного проводящего экрана означает решение всех проблем, связанных с заземлением? К сожалению, на практике чаще всего получается наоборот. Если кабель прокладывается в металлическом заземленном каркасе или кабельном канале, то возникает синфазная помеха. Проводка с хорошим заземлением позволяет добиться подавления этой составляющей примерно на 40 дБ, неэкранированная проводка обеспечивает защиту от синфазной помехи не более чем на 10 дБ. Как результат: при использовании кабелей STP на частоте 100 МГц допускается напряжение помехи 2,5 В, а в случае применения кабелей UTP значение данного параметра не может превышать 0,05 В. Поэтому при построении неэкранированной высокоскоростной проводки должны выполняться требования по обеспечению нормального заземления, сформулированные в стандартах EN 50174-2 и EN 50310.

КАТЕГОРИЯ 6 — С ЭКРАНОМ ИЛИ БЕЗ?

При желании эксплуатировать установленную ранее неэкранированную проводку Категории 6 ее параметры требуется проконтролировать при помощи инструментальных средств и, в случае необходимости, провести модернизацию. Практические рекомендации по улучшению характеристик кабельных трактов по параметру Alien NEXT описаны в технических бюллетенях ISO/IEC TR 24750 и TIA TSB 155. Надо иметь в виду, что достаточно часто имеющаяся проводка полностью или частично не соответствует требованиям, предъявляемым к 10-гигабитным кабельным системам (см. Рисунок 4).

Рисунок 4. Требования по параметру ANEXT не могут быть выполнены в случае реализации тракта на основе обычных кабелей UTP и розеточных модулей Категории 6.

В тех ситуациях, когда поддержка функционирования интерфейсов 10GBaseT должна быть обеспечена на всех кабельных трактах, необходимо использовать специально разработанное UTP- или, что существенно эффективнее, STP-решение. Только в последнем случае достигается полная независимость от влияния рассмотренных выше факторов. В процессе принятия решения следует учитывать не только стоимость материалов, но и затраты на реализацию всей системы с учетом возможных рисков. Экранированное решение на базе Категории 6 безусловно пригодно для поддержки 10-гигабитных приложений (см. Рисунок 5). В кабельных же трактах с оптимизированными компонентами UTP соответствие фактических характеристик требованиям стандартов может быть достигнуто только при тщательном соблюдении рекомендаций по производству инсталляционных работ.

ПОЧЕМУ НЕ СРАЗУ КАТЕГОРИЯ 7?

Рисунок 5. Высококачественный кабель S/FTP и модули Категории 6 обеспечивают наиболее значительные запасы по сравнению с иными решениями.

Без сомнения, кабель Категории 7 обладает прекрасными характеристиками вследствие заметно меньшего затухания и высокой эффективности экрана. Стоимость линейных изделий Категории 7 не слишком сказывается на общей стоимости проекта реализации проводки. Проблемы возникают только со штекерным соединителем. В настоящее время стандартизированы две различные разновидности этих изделий, не совместимых по механическим параметрам. В документе IEC 60603-7-7 описан соединитель на базе RJ-45, а IEC 61076-3-107 стандартизует совершенно новый тип разъема. В результате производители предлагают два альтернативных варианта, каждый из которых обладает всеми недостатками частного решения. Поэтому до тех пор, пока используемые в сети конечные устройства не будут оснащены соответствующими разъемами Категории 7, пользователю придется иметь дело с переходными шнурами. А если одна из вилок такого шнура имеет форм-фактор RJ-45, то характеристики тракта передачи немедленно падают до уровня Категории 6.

Регина Гуд-Энгельгардт — менеджер по продуктам и маркетингу швейцарской компании Reichle & De-Massari. Вуркхард Браах, Ройтлинген — независимый журналист. С ними можно связаться по адресу: jos@lanline.awi.de.

? AWi Verlag