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万兆铜缆技术白皮书八大热点问题
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摘要:   11月10日,综合布线工作组召开新闻发布会,宣布《万兆铜缆系统工程设计、施工与检测技术白皮书》正式发布,本文节选自该本白皮书中的“热点问题”部分,新鲜出炉,以飨读者。
Abstract:
Key words :

  11月10日,综合布线工作组召开新闻发布会,宣布《万兆铜缆系统工程设计施工检测技术白皮书》正式发布,本文节选自该本白皮书中的“热点问题”部分,新鲜出炉,以飨读者。

  1.Cat.6A铜缆符合标准的最基本特征是什么?

  1)保证信道性能达到或超过布线标准,能够支持500MHz;

  2)信道长度最长可达100米,能够支持有4个连接的应用;

  3)能够支持10GBASE-T应用;

  4)优异的外部串扰干扰抑制性能,相关产品能够提供AXT测试报告。

  2.Cat.6A与Cat.6相比在布线的时候有什么区别?

  1)布线施工应该更小心;

  2)避免过度挤压、捆扎过紧、过多,弯曲半径太小等布线不规范问题;

  3)Cat.6A比Cat.6缆径粗,线缆较重;

  4)Cat.6A需要测试外部串扰。

  3.万兆铜缆外部串扰测试有问题时,如何改进?

  1)加大线缆间距,减少或不要绑扎,不要排列整齐的线束,设计和施工时尽量避免过大的成捆电缆束;

  2)穿金属管布放,关键链路可以考虑单独穿管;

  3)如果检测不合格,则需要将电缆束改小(比如12根一捆改成6根一捆);

  4)通过对测试结果的分析,对于由模块引起的过量外部串扰,则需要更换模块或配线架。

  5)如果是屏蔽铜缆,需要检查屏蔽工程质量是否合格。

  4.目前市场中有哪些万兆接口?

  10G接口现在是“光铜并存”的局面。

  表610G设备接口比较

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  基于光纤的10G以太网的技术标准早在2002年就已经发布了,经过近几年的市场考验和产品发展演变,10G光纤以太网已成为成熟可用的技术。基于光纤万兆以太网的传输距离高达40Km,采用高密度、低功耗的小型可插拔连接器(SFP/SFP+),功耗只有1W,但是光纤设备成本相对最贵,因此光纤万兆以太网主要用于远距离的城域网(MAN)或局域网(LAN)园区网络主干。

  为了在铜缆上传输万兆以太网,IEEE802.3ak任务小组于2004年发布了10GBASE-CX4,10GBASE-CX4主要用于解决数据中心机房设备背板的高速互联,价格最便宜,但传输距离只有15m,由于采用8条双同轴屏蔽电缆,线缆尺寸较大,此外CX4连接器非常昂贵而且无法现场端接,因此10GBASE-CX4已经逐渐淡出市场。

  鉴于目前以太网传输介质中双绞线占据了80%以上的市场份额,IEEE802.3an工作小组于2006年发布了在双绞线上传输万兆以太网的技术标准10GBASE-T,10GBASE-T兼容传统的百兆和千兆以太网,在Cat.6A布线系统上传输距离可以达到100米,因此Cat.6A双绞线能够满足万兆到桌面及数据中心高性能运算的需求,10GBASE-T能够提供10倍于千兆以太网1000BASE-T的速度,价格没有大幅提高,此外10GBASE-T采用传统的RJ45连接器,易于安装和维护,因此10GBASE-T是未来市场上最有可能大规模采用的万兆技术。

  目前阻碍10GBASE-T普及的主要因素是价格和功耗,由于10GBASE-T采用复杂的物理编码技术,价格和功耗相对较高,随着芯片制造技术的不断提高,价格会逐步降低。

  10GBASE-T目前主要应用于数据中心,功耗是限制10GBASE-T大规模普及的一个重要因素,10GBASE-T的网络设备功耗主要取决于物理接口电路(PHY)的功耗。Broadcom公司在2010年2月份向市场推出了一款采用新型40nm处理技术的网络物理接口(PHY)芯片,每端口的功耗低于4W,比第一代10GBASE-T网络设备10W的功耗已经大幅度降低,未来随着网络芯片制造技术的进步,这一数值还会进一步降低。

  另外,为了解决数据中心以太网设备的能耗问题,IEEE802.3az正在开发节能的以太网标准,将允许设备之间自动协商,如果设备处于待机状态,节能大约85%,因此未来10GBASE-T网络设备的功耗将不再是万兆以太网普及的瓶颈。第一代1000BASE-T网络设备刚刚推出的时候,平均每端口的功耗大约6w,目前已经降低到0.4W。

  10GBASE-T标准仍旧使用IEEE802.3以太网帧(Frame)格式,保留了IEEE802.3标准最小和最大帧(Frame)长度,以及CSMA/CD(载波监听/冲突检测)机制,向前兼容10M/100M/1000M以太网,并且兼容局域网现行的星型拓朴结构。

  同1000BASE-T一样,10GBASE-T也是采用4对双绞线进行传输。不同的是10GBASE-T平均每对线传输2.5Gbps;另外10GBASE-T对于布线系统提出了更高的要求,要求布线系统带宽至少为500MHz。

  从目前IT设备发展来看,10GBASE-T是一种性价比最好的技术。

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  图6-110GBASE-T工作原理图

  5.与光缆相比,万兆铜缆存在的理由是什么呢?

  1)这一问题取决于用户IT设备接口的选择,铜和光的选择不单纯是布线上的问题,设备类型的确认是评估的前提。

  2)成本因素。光纤接口表现出功耗较低、延时低的特点,但是设备价格昂贵;铜缆则表现出较好的性价比。从IT设备的建议成本来看,光接口的设备是昂贵的。

  3)铜缆在机房内和大楼的工作区部分,表现出明显的优势,易于使用,易于维护,接口兼容性好。光缆在园区和主干部分,表现出明显优势,低能耗,长距离,高速率,抗干扰。

  4)现在大量终端设备采用PoE,如IP电话,摄像头,光纤不能支持PoE。

  6.万兆以太网是否可以选择Cat.6线缆?

  Cat.6在线缆结构方面没有任何的消除外部串扰的设计,无法保证10GBASE-T应用。通常Cat.6线缆只在有限的短距离和干扰不大的情况下能够支持10G应用。因为限制要素较多和干扰的不确定性,建议使用Cat.6A线缆。

  7.如何理解10GBASE-T技术与ToR设计对数据中心的影响?

  对每一种技术的评估应建立在互操作性、应用效益、未来可扩展性、维护成本和每端口总传输成本的基础上。这种分析应包括跳线、交换机端口和服务器或存储设备的网络接口卡的成本。ToR解决方案具有低延迟,可降低水平铜缆成本的特点,但由于其电子设备的昂贵成本以及因此带来的高维护费用,多数情况下,他们被运用在数据中心的某些特殊应用领域。考虑到特制跳线和有源设备的高成本,大部分数据中心仍会考虑安装支持10GBASE-T的布线系统。英特尔®在2011年初供货的集成10GBASE-T芯片的主板,大幅度降低了电能消耗。节能型以太网(IEEE802.3az)将在不久的将来进一步降低10GBASE-T端口的功耗,其原理是将闲置的端口设为“睡眠”模式(低功耗模式),从而降低每端口的净功耗。下表比较了各种直连和结构化布线的万兆解决方案总实现成本:

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  图6-2基于思科®MSRP,英特尔®MSRP和布线系统的安装成本(仅计算收发器模块成本,不包含交换机机箱)

  在数据中心的ToR应用案例中,传统的铜缆信道只用于监控、集中式KVM和设备管理。ToR技术所用到的直连跳线将根据不同应用的距离限制被用于单个机柜内或机柜列内。而新的国际标准则建议在数据中心中安装6A类布线来支持10GBASE-T,这其中包括ISO24764和即将颁布的TIA942-A。通过采用支持10GBASE-T的“集中式”布线设计,可以避免端口超配及昂贵的移动、增加和变化。同样,服务器若使用集成了10GBASE-T端口的主板就可以节省额外的网卡成本。另外非常重要的一点是,对于SFP,SFP+和CX4模块,由于它们本身属于收发器模块,其质保期比较短,与此相对应的交换机的端口有一年的质保期,而结构化布线系统一般至少承诺20年质保期。

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  图6-3ToR布线示意图

  图6-3的1#机柜显示了ToR接线的情况,交换机端口和服务器之间没有结构化布线系统。2#和3#机柜为点对点的服务器到交换机的连接,也没有采用结构化布线系统。虽然这些系统减少了布线需要,降低了初期的建设成本,但通过进一步研究,会发现其实到最后并没有实现真正的节省。

  如果使用一台集中式的KVM交换机,仍然需要安装集中式的结构化布线系统。尽管一开始的信道数量较少,然而后期添置的电子设备可能有不同的最小/最大信道长度,这就产生了对新信道的需求。随着电子设备的更新扩充,结构化布线系统可能需要添加回到数据中心,以支持未来的设备选择,这样就完全否定了初期点对点的节省效果。

  由于在初期对走线通道、机柜空间和信道未作规划,以后再添加结构化布线系统将花费更多,而且只能在已经启用的现场工作环境安装,这也增加了人工成本和宕机的可能性。在添加通道和空间时,可能需要移动消防系统和照明系统,以适应增加的上走线通道系统;可能需要增加楼层空间、移动机柜,以保证新的通道不会阻塞气流的正常流通。

  进一步检查会发现,除了之前所述的局限以外,在上面1#机柜或2#3#机柜方案中,交换机端口专属用于一个特定机柜中的服务器。这可导致端口的超额配置。假设1#机柜只需要26个服务器连接,但还是需要一个48端口的ToR交换机或48端口刀片交换机专用于该机柜,这意味着浪费了22个端口,而且还需要为这些不使用的端口支付维护费用。

  若全部48个交换机端口都被使用时,则发生了更大的问题。哪怕再添加一台新的服务器,也需要再购买一台48端口的交换机。这种情况下,假设新的服务器需要两个网络连接,则机柜内将添加46个端口的超额配置。即使在空闲状态,这些多余的端口也会消耗电能。机柜中添加了两个电源。额外的交换机和端口也增加了更多的维护和保修费用。

  相对于10GBASE-T,许多ToR技术(点对点连接)有连接长度的限制。最长长度从2-15米不等,而且比结构化布线信道更昂贵。短信道长度会限制设备的位置,使其处于较短的电缆范围内。如果通过结构化布线系统,10GBASE-T最高可支持到100米,并允许在数据中心内有更多的设备放置选择。

  8.如果Cat.6A布线测试通过,仍然出现网络异常,如何测试?

  参考GB21671-2008规范或RFC2544,测试吞吐量、丢包率、最大传输速率,延迟、健康度等,并给出通过/失败判据。

  1)模拟“6包1”或“12包1”建立线外串扰测试模型;

  2)通过支持10G测试仪表,在核心线缆(受害线缆)两端发送与接收可供计量的10Gbps仿真数据流量,并选择GB21671-2008或RFC2544中的一些测试项目,通过一定时间的持续测试,得到线外串音干扰前后的误码率、丢帧率及丢包率;

  3)从链路层性能角度评估线外串音对网线传输性能的影响,测试并观看测试结果。

  4)GB21671-2008或RFC2544测试可能持续很长时间。根据不同设置,测试时间可达几小时。仪表可根据所选测试项目预估测试时间。

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