Применение нового оборудования должно быть экономически оправдано и своевременно. В настоящее время ИТ-руководители и разработчики много спорят по поводу 10GBaseT — это 10-гигабитный Ethernet по симметричному кабелю. Производители активного сетевого оборудования не спешат воспользоваться стандартом, что само по себе настораживает. Стоимость немногих доступных продуктов колеблется в диапазоне от 500 до 1000 евро за порт. Стандарт 10GBaseT принят еще в 2006 г., но до сих пор далеко не все компоненты и процедуры тестирования нормированы.

ОСНОВНЫЕ НОРМИРУЮЩИЕ ОРГАНИЗАЦИИ

Нормированием различных вариантов Ethernet занимается Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE). С формальной точки зрения его документы действуют только на территории США, однако де-факто они признаются во всем мире. Только таким образом можно гарантировать нормальную совместную работу оборудования различных производителей. Требования к методу передачи, электронике и тракту были опубликованы в сентябре 2006 г. в виде стандарта IEEE 802.3an. В качестве физического интерфейса определен RJ45, что позволяет работать в новой сети устройствам предыдущих поколений, не обладающим высокой скоростью. Стандарт не содержит детальных требований в отношении электрических и передаточных параметров отдельных компонентов тракта передачи (кабель, вилка и розетка разъемного соединения): подробные спецификации задаются другими стандартами, которые еще не завершены.

За разработку соответствующих стандартов отвечает Ассоциация телекоммуникационной отрасли (Telecommunications Industry Association, TIA). Строго говоря, она представляет интересы американской телекоммуникационной отрасли, а ее хорошо проработанные в техническом отношении стандарты и рекомендации действуют только на территории США и Канады.

Признаваемые во всем мире нормативные документы публикует Международная организация по стандартизации (International Organisation for Standartisation, ISO) и ее подгруппа, Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission, IEC). Последняя занимается электротехникой в целом, но в сферу ее ответственности входят также информационные технологии. Аналогом IEC для Европейского союза является CENELEC со штаб-квартирой в Брюсселе. Нормы и стандарты CENELEC признают некоторые страны, не входящие в Европейский союз, например, Швейцария. В Германии действуют нормы DIN Немецкого института по стандартизации DKE, который организационно относится к немецкой Комиссии по электротехнике, электронике и информационной технике.

Типичная процедура нормирования такова: после длительного процесса обсуждения ISO/IEC утверждается стандарт, действующий на международном уровне; CENELEC принимает эти нормы и распространяет их на страны Европейского союза, дорабатывая при необходимости для выполнения некоторых специфичес-ких региональных требований, а DKE вносит коррективы с учетом требований Германии, осуществляет перевод на немецкий язык и публикует тексты в форме стандартов DIN EN.

ISO/IEC 11801 и его немецкий аналог DIN EN 50173 адаптированы к требованиям новых видов сетей, таких как 10GBaseT, но нормируют только весь тракт и не содержат информации по отдельным компонентам. Последние детально описываются в других документах, например, в DIN EN 50288.

Различные нормативные документы тесно взаимосвязаны, поэтому процесс их ратификации занимает длительное время, тем более что приходится нормировать все необходимые характеристики каждого компонента.

ОСОБЕННОСТИ СТАНДАРТОВ TIA

Тема становится животрепещущей, когда национальный комитет по стандартизации не придерживается обычных процедур и разделения обязанностей. Так, в феврале 2008 г. TIA приняла Дополнение 10 для 10 GbE к стандарту ANSI EIA/TIA 568-B.2,
где содержатся данные о характеристиках не только полного тракта (Channel) и стационарной линии (Permanent Link), но также отдельных компонентов, наряду с методами измерения их параметров. В свою очередь, ISO/IEC в апреле 2008 г. издает дополнение 1 к стандарту ISO/IEC 11801, в которое внесены требования к полному тракту (стационарная линия плюс соединительные шнуры). Данные по стационарной линии (наиболее важные для проведения приемо-сдаточных испытаний), а также параметры отдельных компонентов (линейных кабелей или разъемных соединителей) в документе не представлены. Последние должны быть значительно строже по сравнению со значениями, приведенными в стандарте TIA, а их публикация ожидается в Дополнении 2. Однако срок официального принятия этого документа пока не определен.

ISO/IEC рассматривает процедуру измерений как ключевую проблему. Модельные расчеты собранного из компонентов тракта показали, что их результаты не в полной мере адекватны практике. Относительно измерения параметров отдельных компонентов органы стандартизации склоняются к применению классических центрированных способов, которые используются для контроля элементной базы Категории 6. Этой Категории вполне достаточно для поддержки скорости передачи вплоть до 1 Гбит/с, однако в ней нет необходимых резервов для функционирования 10-гигабитных приложений. В данной ситуации нужна элементная база вновь введенной Категории 6а. Символ «а» означает «augmented», т.е. дополненная категория. Помимо введения некоторых дополнительных контролируемых параметров диапазон рабочих частот расширен в два раза, т.е. теперь он составляет 500 МГц. Отсутствие международных стандартов не позволяет независимым тестирующим лабораториям предложить сертификации компонентов Категории 6а. Единственное, что они могут сделать, — это выполнить в лабораторных условиях системную сертификацию тракта Класса EA по запросу производителя. Полевые испытания должны быть дополнены измерениями, производимыми по завершению инсталляции.

ТРАКТЫ НА ОСНОВЕ КОМПОНЕНТОВ РАЗЛИЧНЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ

Отсутствие общепризнанных требований к отдельным компонентам является неприятным обстоятельством именно для Германии. Иначе выглядит ситуация в других странах, где клиенты предпочитают полные системные решения на основе продукции одной марки. На этом фоне Германия остается страной «смешанных СКС», т.е. в составе одного тракта передачи применяются компоненты различных производителей. В случае согласования параметров отдельных элементов подобный тракт функционирует корректно. Прочность любой цепочки, как известно, определяется самым слабым ее звеном. В данном случае это компоненты с наихудшими характеристиками или с минимальным запасом относительно требований стандартов. Чем выше скорость передачи, тем меньше резервы и тем труднее инсталляция «смешанной СКС». Фактически розетка должна быть согласована с линейным кабелем, вилка — с розеткой и так далее, по цепочке.

Каждый производитель компонентов, доказывая, что его продукция удовлетворяет сложным физическим требованиям, обязан подкрепить свое заявление соответствующими нормами, при этом он рискует сослаться на некорректные нормы. Например, в качестве обоснования могут приводиться параметры Категории 6а из стандарта ТIA/EIA-568B.2-10, которые не столь строги, как нормы международного стандарта ISO/IEC 11801 и перспективного европейского стандарта EN 50173. Может случиться так, что тракт, параметры которого удовлетворяют требованиям TIA, обеспечивает передачу 10GBaseT в лабораторных условиях и при идеально выполненной инсталляции в реальных условиях, однако незначительные резервы относительно требований TIA не исключают возникновения проблем (см. Рисунок 1). Данное обстоятельство в большей или меньшей степени должно быть учтено ISO.

Если инсталлируемая кабельная система рассчитана на продолжительный период эксплуатации, то при подборе компонентов необходимо выбирать те, которые имеют наибольшие резервы по сравнению с требованиями TIA. Только подобный подход обеспечивает выполнение более жестких норм ISO, и только так можно создать качественный продукт.

КОЛИЧЕСТВО РАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В ТРАКТЕ

Причина столь длительного рассмотрения стандарта ISO заключается в сложности описываемой им техники. Речь уже не идет о единственной обязательной модели тракта передачи. Модель 10-гигабитного тракта имеет три варианта, которые различаются количеством разъемных соединений (коннекторов). В двухконнекторной модели один соединитель находится на коммутационном поле технического помещения, а второй — в пользовательской информационной розетке (см. Рисунок 2). В трехконнекторную модель дополнительно вводится еще один соединитель, который располагается либо в техническом помещении — в случае реализации коммутационного поля по кроссовой схеме (cross-connect), либо в точке консолидации (см. Рисунок 3). Четырехконнекторная модель самая сложная: она включает в себя оба дополнительных соединителя (см. Рисунок 4). Разъемные соединения на активном сетевом оборудовании, например, на рабочей станции, сервере или коммутаторе, во внимание не принимаются.

Для каждой из перечисленных моделей предусмотрено два варианта. Первый представляет собой стационарную линию (Permanent Link), в состав которой входят компоненты, проложенные от разъема в техническом помещении до разъема в пользовательской информационной розетке. Тракт передачи содержит дополнительно гибкие соединительные и коммутационные шнуры в техническом помещении и на рабочем месте пользователя.

Стандарт не допускает оптимизацию отдельных компонентов только для одной модели. Если производитель СКС намерен придерживаться стандартов и рассчитывает на применимость выпускаемых компонентов в будущем, то он должен принимать во внимание все три модели. Однако, как свидетельствует практика, вилка и розетка соединителя зачастую не вполне совместимы. Аналогичное утверждение справедливо в отношении розетки и кабеля, а также вилки и кабеля.

МЕЖЭЛЕМЕНТНЫЕ ПОМЕХИ

Рисунок 5. Межкабельная переходная помеха.Для построения 10-гигабитной проводки одного лишь учета различных вариантов реализации тракта недостаточно. Приемник сетевого интерфейса 10GBaseT должен быть более чувствительным по сравнению с его гигабитным предшественником. Поэтому те помехи, которые до сих пор считались пренебрежимо малыми, следует обязательно принимать во внимание.

В этой связи особое значение приобретают так называемые межэлементные (переходные) помехи, когда данные, передаваемые по конкретному кабелю, могут оказывать вредное влияние на сигналы в соседних кабелях, и в результате приемник оказывается не способен различить сигналы своего и соседнего кабеля. Причиной таких помех бывают не только кабель в общем жгуте (см. Рисунок 5), но и соседние соединители коммутационной панели или точки консолидации. Крайне неприятным моментом является то, что далеко не все тестеры для полевого тестирования структурированной проводки способны измерять величину ANEXT.

Необходимость подавления межкабельной переходной помехи и вызываемых ею шумов выдвигает очень высокие требования в отношении технологического уровня производителя. Особенно жесткие правила приняты в Германии, так как при построении структурированных кабельных систем в составе стационарных линий и трактов часто применяются компоненты различных изготовителей (Mix and Match). В составных системах компоненты с наихудшими характеристиками определяют класс всего тракта передачи. При возрастании скоростей применение решений Mix and Match становится все более рискованным, что обусловлено большей чувствительностью электронных схем приемника к помехам различного рода. Последнее означает также необходимость использования уникальных технических решений в области высоких частот.

Обязательные нормы ISO появятся еще не скоро, поэтому производители должны обеспечивать значительные резервы относительно параметров стандартов TIA. Только такой подход позволит добиться требуемых характеристик стационарных линий и трактов на реальных объектах монтажа СКС, а производитель сможет гарантировать выполнение требований стандарта. Заказчики, выбирающие элементную базу с минимальным запасом по характеристикам, рискуют в самом ближайшем будущем столкнуться с проблемами функционирования создаваемой сегодня информационной системы.

ОТНОШЕНИЕ СИГНАЛА К ШУМУ

Структурированная кабельная система является тем фундаментом, на котором базируется вся информационная инфраструктура предприятия. В этой связи интересен тот факт, что семуровневая модель ISO не содержит ее в явном виде, лишь предполагая ее наличие. Для выхода из создавшейся ситуации говорят о «нулевом уровне» или «уровне кабельной системы».

Комитет IEEE 802.3, разрабатывающий спецификации различных вариантов Ethernet, точно так же старается обойти данный вопрос и оперирует только физическим уровнем PHY, для которого задаются лишь самые необходимые характеристики. Для практической спецификации компонентов кабельной системы этого заведомо недостаточно. Подобное положение явно не соответствует роли кабельной системы в построении высокоскоростных локальных сетей. Иначе говоря, качество кабельной системы оказывает решающее влияние на качество передачи данных и, как следствие, функционирование всей информационной системы.

Чем с большей скоростью передается информация, тем быстрее должно осуществляться переключение между различными величинами напряжения (уровнями сигнала). Одновременно происходит уменьшение разницы между этими уровнями. При скорости передачи
100 Мбит/с разница уровней сигнала составляет 1 В, в случае 1 Гбит/с она уменьшается до 0,5 В, а при 10 Гбит/с сжимается до 130 мВ (см. Рисунок 6). Это обуславливает необходимость существенного повышения чувствительности приемника в целях надежного распознавания близких по напряжению сигналов. Вместе с тем он становится более восприимчивым к различным помехам.

Определяющим фактором является отношение сигнала к шуму. Данный параметр указывает, насколько мощной становится помеха на фоне информационного сигнала. При передаче сигналов 10 Gigabit Ethernet необходимо учитывать следующие разновидности суммируемых помех:

  • внутрикабельные помехи. Технология 10 Gigabit Ethernet предусматривает использование всех четырех пар для передачи данных в двух направлениях, т.е. в одном кабеле одновременно передаются восемь потоков данных;
  • внешние помехи от соседнего кабеля. Чувствительность приемника настолько высока, что он воспринимает помехи от соседнего кабеля (так называемая межкабельная помеха);
  • прочие внешние помехи от других систем.

Расчеты показывают, что в случае применения 10GbE следует учитывать помехи с напряжением 0,6 мВ (1/2500 напряжения батареи карманного фонарика). По сравнению с 1GbE, сила сигнала уменьшается в сто раз.

Электроника может компенсировать внутрикабельные помехи путем соответствующей обработки сигнала: зная, какой сигнал был отправлен, трансивер может рассчитать и вычесть его влияние на принимаемый сигнал на том же конце линии.

Компенсация внешних помех невозможна, так как приемник не в состоянии получить информацию о передаваемом сигнале и произвести необходимую коррекцию. Поэтому для устранения отрицательного влияния внешних помех на качество функционирования тракта передачи следует использовать специальные конструктивные меры.

НЕ БОЛЕЕ ОДНОЙ ОШИБКИ ЗА 100 СЕК

Вероятность ошибки в случае 10 Гбит/с не должна превышать 10-12, т.е. на протяжении 100 сек допустима всего одна ошибка. Достижение подобных показателей требует длительных исследовательских и конструкторских работ, что весьма дорого. Поэтому неизвестно, в какой мере продукты будут отвечать нормам, принятие которых ожидается в перспективе. Вероятно, не одному производителю придется заменить поставленные ранее компоненты, так как они не будут соответствовать обновленным требованиям.

ХОРОШИХ ЧАСТОТНЫХ СВОЙСТВ НЕДОСТАТОЧНО

Хорошие частотные характеристики элементов кабельных трактов являются далеко не единственным условием достижения необходимых параметров. 10GBaseT работает в частотном диапазоне от 1 до 500 МГц. Но даже если используется кабель, характеристики которого протестированы до верхней граничной частоты 1200 или 1500 МГц, решающее значение для обеспечения требуемых показателей тракта имеет степень согласования образующих его отдельных компонентов. Простой пример: спортивный автомобиль с двигателем мощностью 400 лошадиных сил мало что дает его владельцу, каждое утро попадающему в пробку. Точно так же и тракт, собранный с применением протестированного до 1500 МГц кабеля, при подключении к розеткам с заведомо худшими характеристиками проигрывает тракту на базе кабеля с диапазоном рабочих частот 500 МГц, но подключенного к хорошо согласованным с ним розеткам и вилкам. Справедливость этого утверждения наглядно подтверждается многочисленными тестами независимых исследовательских центров — FH Reutlingen и GHMT 3P Third Party Testing.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Взаимное согласование отдельных компонентов 10-гигабитного тракта передачи имеет решающее значение для достижения необходимых характеристик. В этой связи крайне важно сотрудничество производителей, занимающихся конструированием и производством отдельных компонентов тракта, при условии, что они обладают соответствующим уровнем знаний и экспертизы. Только в случае точного согласования характеристик всех компонентов возможно получение резервов, необходимых для реальной инсталляции. И тогда заказчик кабельной системы получит в свое распоряжение кабельную систему, способную передавать потоки 10GbE с требуемым качеством.

Франк Райх — руководитель направления локальных сетей и телефонии компании Telegartner.

© AWi Verlag

Рисунок 1. Тракты передачи для приложений 10GbE должны иметь такой же запас по переходному затуханию на ближнем конце относительно предельных значений стандарта TIA/EIA-568-B.2-10, как и измеренный тракт.

Рисунок 2. Пример двухконнекторной модели.

Рисунок 3. Пример трехконнекторной модели.

Рисунок 4. Пример четырехконнекторной модели.

Рисунок 6. Уровень на входе приемника при передаче сигналов Fast Ethernet (100 BaseTX), Gigabit Ethernet (1000BaseT) и 10 Gigabit Ethernet (10GBaseT).

Стандарты, относящиеся к 10G Ethernet по симметричному кабелю

IEEE 802.3an специфицирует 10GBaseT.

ISO/IEC 11801 в Дополнении 1 определяет на международном уровне параметры полного тракта передачи.

ANSI EIA/TIA 568-B.2, Дополнение 10, специфицирует Класс EA и Категорию 6а для полного тракта, стационарной линии и отдельных компонентов, однако действует только на территории США и Канады; параметры этого нормативного документа являются более мягкими по сравнению с теми значениями, которые предполагается включить в Дополнение 2 к ISO/IEC 11801.

ISO/IEC TR24750 предусматривает порядок измерения уже построенных кабельных систем; документ действует на международном уровне, а также в странах Европейского союза.

ANSI EIA/TIA-TSB-155 описывает последовательность измерения уже построенных кабельных систем; документ действует только на территории США и Канады.

DIN EN 50173 «Универсальная коммуникационная кабельная система», части 1-5; последняя редакция, опубликованная в декабре 2007 г., не содержит никаких данных относительно Класса EA и Категории 6а. Новую информацию планируется включить в будущие дополнения этого документа, однако срок публикации еще не назван. Между тем, существует «Приложение 1:
Руководство по проводке для поддержки функционирования 10GBaseT (май 2008 г.)». Кабель и шнуры определены в отдельной серии специальных стандартов DIN EN 50288.

Обзор категорий и классов

В случае информационной кабельной проводки часто путают термины «Категория» и «Класс». Оба определяют электрические передаточные характеристики, которые необходимо соблюдать при построении структурированной кабельной системы. Согласно стандарту DIN EN 50173, понятие «Класс» применяется к полному тракту передачи, т.е. ко всем проложенным и подключенным частям и компонентам. Понятие «Категория» относится к отдельным компонентам, в том числе к кабелям и разъемным соединителям. Таким образом, пользователь должен оперировать понятием «Класс», а производителю компонентов целесообразно обращаться к термину Категория.

В настоящее время практическое значение имеют Классы и Категории, которые нормируются до определенной верхней граничной частоты и обеспечивают следующие максимальные значения скорости передачи:

  • Класс D — до 100 МГц и 1 Гбит/с;
  • Класс Е — до 250 МГц и скорость 1 Гбит/с (т.е. скорость передачи по сравнению с классом D не возрастает, но обеспечиваются заметно большие резервы);
  • Класс ЕА — до 500 МГц и скорость 10 Гбит/с, нормирован в Дополнении 1 стандарта ISO/IEC 11801 (в настоящее время только в отношении тракта передачи) и включен в виде дополнения в стандарт DIN EN 50173;
  • Класс F — до 600 МГц, до 1 Гбит/с;
  • Класс FA — до 1 МГц, до 10 Гбит/с, для мультимедийных приложений, в настоящее время на стадии обсуждения;
  • Категория 5 — до 100 МГц и 1 Гбит/с;
  • Категория 5е — до 100 МГц и 1 Гбит/с, данная норма действует в США и Канаде;
  • Категория 6 — до 250 МГц и 1 Гбит/с;
  • Категория 6А — до 500 МГц и 10 Гбит/с по стандарту TIA/EIA 568-B.2, Дополнение 10, данная норма действует в США и Канаде; по стандарту ISO/IEC 11801, Дополнение 2, находится в стадии обсуждения. Последняя предусматривает более жесткие предельные значения по сравнению со стандартом TIA/EIA 568-B.2, впоследствии норма должна быть введена на международном уровне;
  • Категория 7 — до 600 МГц, до 10Гбит/с;
  • Категория 7а — до 1000 МГц, до 10Гбит/с, для поддержки мультимедийных приложений, в настоящее время в стадии обсуждения;
  • Категория 8 — маркетинговая марка некоторых производителей, в настоящее время предложения по нормированию ее параметров неизвестны.

Правила написания обозначений Категории 6А

Указание индекса расширенной Категории 6 в виде маленькой буквы «a» имело место на ранних этапах развития рынка, пока ISO/IEC и TIA не определили использование в данной области индекса «A». Одновременно ISO/IEC и DIN EU устанавливают написание «A» в виде нижнего индекса, в то время как TIA предлагает использовать строчное написание:

  • DIN EN: Категория 6А, Класс ЕА;
  • ISO/IEC: категория 6А, класс ЕА;
  • TIA: категория 6А, линия категории 6А.