8 /812/ 449-32-25 г. Санкт-Петербург, пер. Беловодский 6, 3-й этаж
Кабельные решения для сетей 10-Gigabit Ethernet

На сегодняшний день для передачи трафика 10-Gigabit Ethernet (10- GbE) по локальным сетям стандартами предусмотрено использование только оптоволоконных и двухосевых (коаксиал с двумя проводниками) кабелей. Со временем ситуация изменится, поскольку институт IEEE разрабатывает стандарт 10GBase-T (IEEE 802.3an), в нем будет определена передача трафика 10-GbE по сбалансированным витопарным медным кабелям. 

Хотя на большинстве предприятий 10-Гбит/с технологии передачи данных еще не применяются, конечные пользователи сетей уже сейчас хотят инсталлировать кабельную проводку, которая сможет поддерживать эти технологии в будущем. Чтобы переход на технологию 10-GbE прошел гладко, она должна работать с существующей кабельной инфраструктурой, обеспечивая передачу данных на расстояние до 100 м по сбалансированному витопарному кабелю и до 300 м по многомодовому оптоволокну. Многомодовые оптоволоконные решения, обеспечивающие дальность связи по технологии 10-GbE на расстояние до 300 м, уже описаны в стандартах, разработка же стандарта 10GBase-T, который должен гарантировать возможность реализации 100-м каналов на базе витопарного кабеля, сопряжена с определенными трудностями. 

Несмотря на то что требования к характеристикам витопарных кабелей для сетей 10-GbE еще не определены полностью, в индустрии кабельных систем наблюдается поток объявлений о выпуске новых 10-Гбит/с решений на базе этих кабелей с улучшенными рабочими характеристиками. Оценить реальные возможности предлагаемых новинок и выбрать оптимальную систему, обеспечивающую беспроблемное внедрение технологии 10-GbE в будущем, отнюдь не просто. 

Каждая из трех альтернативных сред передачи данных - оптоволокно, экранированные (STP) и неэкранированные (UTP) витопарные кабели - имеет свои достоинства и недостатки, поэтому нельзя сказать, что какая-то из них во всех случаях является наиболее предпочтительной для организации сетей 10-GbE. Чтобы выбрать самую подходящую кабельную систему, разработчики, инсталляторы и конечные пользователи сетей должны обладать определенными знаниями в этой области. Это плюс ко всему поможет им отделить зерна от плевел в рекламных заявлениях производителей.

Стандартизация

Основанные на принятых стандартах кабельные решения, как правило, относительно недорого стоят, и их применение гарантирует разработчикам, инсталляторам и конечным пользователям отсутствие проблем с совместимостью компонентов, заданный уровень производительности сети и возможность ее расширения. Кроме того, используя стандартные системы, вы не 'привязываете' себя к какому- либо фирменному решению, которое со временем может не выдержать конкуренции и исчезнуть с рынка. 

Межкабельные наводки.jpgВ феврале 2002 г. был опубликован стандарт IEEE 802.3ae, в нем описаны четыре предназначенные для ЛВС технологии передачи трафика 10-GbE по волоконно-оптическому кабелю: технология 10GBase-SR обеспечивает пересылку указанного трафика на расстояние до 300 м на длине волны 850 нм по 50-мкм многомодовому оптоволокну, оптимизированному для работы с 850-нм лазером; в технологии 10GBase-LX4 тоже предусмотрена дальность связи 300 м, но на длине волны 1310 нм и по 50- или 62,5-мкм многомодовому оптоволокну с использованием четырех одномодовых лазеров и принципа волнового мультиплексирования; с помощью технологии 10GBase-LR трафик 10-GbE можно передавать по одномодовому оптоволокну на расстояние до 10 км, а применение технологии 10GBase-ER обеспечивает дальность связи (также по одномодовому кабелю) до 40 км. 

В апреле 2002 г. подкомитет TR-42.8 ассоциации TIA выпустил приложение Addendum 1 к стандарту TIA/EIA-568-B.3, в котором специфицированы рабочие характеристики 50-мкм многомодового оптоволокна, оптимизированного для работы с 850-нм лазером. В сентябре 2002 г. организация ISO опубликовала стандарты на передачу трафика 10-GbE по оптическим волокнам типа OM1, OM2, OM3 и OS1. Таким образом, сегодня мы имеем полный набор спецификаций на 10-Гбит/с оптоволоконные инфраструктуры. 

В опубликованном позднее (в феврале 2004 г.) стандарте 10GBase-CX4 определен вариант технологии 10-Gigabit Ethernet для двухосевого кабеля, но, поскольку эта технология обеспечивает дальность передачи данных не более чем на 15 м, она считается непригодной для использования в ЛВС. 

Одной из задач, стоящих перед разработчиками стандарта 10-GbE для сбалансированного витопарного медного кабеля, является обеспечение дальности передачи данных до 100 м по улучшенной кабельной системе класса E. С этой целью комитет TR-42 в сотрудничестве с IEEE разрабатывает спецификации на UTP-систему расширенной категории 6 (Augmented Category 6), которые должны войти в стандарт TIA/EIA-568-B.2 в виде приложений с номерами 10 и 11. На момент написания данной статьи время выпуска этих приложений еще не было определено. Что же касается стандарта IEEE 802.3an, его публикация намечена на июнь 2006 г. 

Хотя UTP-системы расширенной категории 6 еще не стандартизованы, тем не менее несколько таких решений уже выведены на рынок. Кроме них, для передачи 10-Гбит/с трафика подойдут и STP-кабели категории 6 и класса F, соответствующие стандартам TIA/EIA-568-B.2-1 и ISO/IEC 11801 соответственно. Рабочие характеристики кабеля класса F специфицированы в полосе частот до 600 МГц, что наверняка более чем достаточно для работы протокола 10-GbE. 

Таб.1. Характеристика сред передачи для 10-гбит/c сетевых каналов. 

Таблица характеристик оптоволокно.jpg

Из всех сред передачи данных, пригодных для создания локальных сетей 10-GbE, стандартизовано только оптоволокно. Кабельные решения на его основе и оптическое активное оборудование 10-GbE представлены на рынке уже более трех лет. Таким образом, оптоволокно имеет существенные стартовые преимущества над витопарным кабелем с точки зрения снижения производственных затрат и разработки соответствующих продуктов. Помимо этого, по сравнению с UTP-системами расширенной категории 6, спецификации на которые еще только разрабатываются, более предпочтительными являются кабельные системы STP, поскольку они уже стандартизованы организациями TIA и ISO. Экранированные кабельные системы во многих странах мира широко используются уже много лет, а теперь их начинают применять и в Северной Америке. Рынок же UTP-систем расширенной категории 6 еще только зарождается, так как параметры, гарантирующие работу этих систем, и их совместимость, еще не определены.

Характеристики сред передачи

Больше всего разработчики, инсталляторы и конечные пользователи сетей заинтересованы в реализации необходимых им рабочих характеристик последних. Из трех альтернативных сред передачи, пригодных для построения сетей 10-GbE, самую большую дальность связи и самую широкую полосу пропускания сетевых каналов обеспечивает оптоволокно. Современное многомодовое оптоволокно поддерживает две разновидности технологии 10-GbE (10GBase-SR и 10GBase-LX4) и протокол Fibre Channel при длине соединений до 300 м. По сравнению с медным кабелем оптоволоконный имеет меньшие массу и диаметр. Кроме того, он не восприимчив к электромагнитным помехам и обеспечивает более высокий уровень информационной безопасности, поскольку осуществить неавторизованное подключение к нему непросто. 

Таб.2. Диаметр витопарных кабелей разных типов, мм. 

CMR CMP.jpg

Работа кабельных систем на базе витопарных медных кабелей характеризуется множеством параметров. Чтобы надежно передавать трафик 10-GbE, одного лишь расширения полосы пропускания кабельных каналов недостаточно. Более высокочастотные сигналы, передаваемые активным оборудованием 10-GbE, создают значительные электромагнитные помехи, которые необходимо каким-то образом минимизировать. Уровень взаимных помех между соседними кабелями и разъемами характеризуется значением параметра Alien crosstalk (ANEXT). Это самый новый и критически важный (с точки зрения поддержки технологии 10-GbE) параметр кабельных инфраструктур. Указанные взаимные помехи, увеличивая уровень шума в каналах, препятствуют передаче 10-Гбит/с потоков данных по медным кабелям. 

Выражаемая в гигабитах в секунду (Гбит/с) шенноновская пропускная способность (Shannon Capacity) канала связи определяет максимальную скорость передачи данных по нему при задан-ном отношении сигнала к шуму. Кабельный экран из фольги почти полностью устраняет наводки ANEXT, что повышает отношение сигнала к шуму в кабельном канале и обеспечивает значительно более высокую шенноновскую пропускную способность его, чем у протестированной в тех же условиях улучшенной UTP-системы. По сравнению с существующими реализациями UTP-систем расширенной категории 6 в экранированных кабельных каналах категории 6 уровень ANEXT на 20 дБ ниже, а их шенноновская пропускная способность на 4 Гбит/с больше. 

Невосприимчивые к наводкам от соседних кабельных каналов STP-системы идеально подходят для многих случаев применения, ведь экран из фольги защищает передаваемый сигнал от внешних низкочастотных и высокочастотных помех. В средах со сложной помеховой обстановкой это способствует уменьшению числа сбоев в работе сети. 

Можно предположить, что UTP-системы расширенной категории 6 будут поддерживать разрабатываемый стандарт 10-GbE при длине канала до 100 м, но в настоящее время производители вышеназванных систем испытывают большие трудности в обеспечении их соответствия содержащимся в проекте стандарта требованиям по уровню суммарных наводок между кабельными каналами. Вполне возможно, что эти требования будут снижены. Тестирование показало, что UTP- системы расширенной категории 6 с минимальным запасом соответствуют требованиям по пропускной способности и уровню ANEXT. STP-кабели обеспечат более надежную поддержку технологии 10-GbE. На основе существующих UTP-систем категории 6, параметры которых специфицированы в полосе частот до 250 МГц, можно будет реализовывать каналы 10-GbE длиной значительно меньше 100 м.

Сравнение стоимости

Оптоволоконные сети принято считать очень дорогими, однако за последние десять лет стоимость их компонентов и инсталляции существенно снизилась. Развернутая централизованная оптоволоконная система может обойтись заказчику всего на 5% дороже традиционной UTP-си- стемы категории 6. К тому же применение оптоволокна обеспечивает максимальную плотность размещения кабельных каналов, что также способствует снижению затрат на развертывание сети. 

Тем не менее ситуация такова, что заказчики предпочитают использовать медные кабельные решения. В Северной Америке UTP-решения распространены шире STP-систем главным образом из- за меньшей стоимости. Кроме того, на инсталляцию STP-систем затрачивается больше времени, при этом могут возникнуть проблемы с заземлением экранов, а плотность размещения кабельных каналов получается меньше, чем при использовании UTP-кабелей. Если сравнивать обычную UTP- систему категории 6 с STP-системой (с той же конфигурацией), то последняя стоит дороже и времени на ее развертывание нужно больше, но этого нельзя с уверенностью сказать о появляющихся сегодня на рынке UTP-решениях расширенной категории 6. 

Расхожая точка зрения, что неэкранированный витопарный кабель всегда дешевле экранированного, в отношении сетей 10-GbE может быть и не верна. Чтобы снизить наводки ANEXT, диаметр кабеля расширенной категории 6 делают больше диаметра обычного кабеля (при этом витые пары оказываются дальше от наружной поверхности оболочки кабеля). Однако такая конструкция уменьшает гибкость кабеля, снижает плотность размещения его в кабелепроводах и кабельных лотках и делает его более дорогим. 

Таб.3. Качественная оценка сред передачи данных для каналов 10-Gigabit Ethernet. 

таблица оценка оптоволокна кабеля.jpg

Поскольку разработка стандарта на UTP-системы расширенной категории 6 не завершена, с развертыванием этих систем связан риск несоответствия их окончательной версии стандарта; при этом не исключено, что заказчик окажется 'привязанным' к фирменному решению конкретного производителя. Этот риск и меньшая плотность размещения кабелей могут привести к тому, что заказчику UTP-каналы расширенной категории 6 обойдутся дороже каналов на базе STP-кабеля. Стоит отметить, что в отличие от оптоволокна UTP- и STP-кабели работают с одним и тем же активным оборудованием, поэтому при выборе любого из этих типов кабелей расходы, связанные с покупкой активного оборудования, будут одинаковыми. 

Прежде чем покупать кабельное решение для сети 10-GbE, проанализируйте все возможные варианты его реализации и определите самый оптимальный с точки зрения обеспечения нужных рабочих характеристик сети и минимизации затрат на ее построение.