|ГЛАВНАЯ|   |О ЖУРНАЛЕ|    |ПОДПИСКА|   |ФОРМЫ СОТРУДНИЧЕСТВА|  |КОНТАКТЫ|   |СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА|  |НОВОСТИ|    |ВАКАНСИИ|     |АРХИВ|  |IT-СТРАНСТВИЯ|

№ 2 (3) 2002

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О критерии минимального запаса

Ряд полевых тестеров имеет автоматический режим измерений. Это очень удобно: вся процедура тестирования кабельной линии занимает несколько минут. В результате на дисплее тестера появляется надпись «PASS» (все параметры удовлетворяют нормам) или «FAIL» (некоторые параметры не удовлетворяют). При этом для некоторых важных параметров можно увидеть величину минимального запаса (Margin) для худшей пары. По величине этого запаса можно косвенно оценить «прочность» линии.

Однако следует отметить одну особенность результатов измерений: некоторый разброс от измерения к измерению для одного и того же кабеля. Опыт тестирования в нашей лаборатории показал, что разброс для одной и той же системы может составлять до 5% (для NEXT, PS NEXT, ELFEXT, PS ELFEXT) и 10% (для Return Loss). И это несмотря на то, что измерения проводятся одним и тем же прибором.

Поэтому использовать критерий минимального запаса для сравнения различных систем следует осторожно (особенно при однократных измерениях).

 

 

 

 

 

Тесты «на пределе»

Получив в свои руки испытательное оборудование, мы решили использовать его, как говорится, «на полную катушку». Дело в том, что, по мнению многих практиков, ограничения в 90 метров на длину горизонтального участка кабеля — несколько искусственны и не учитывают тех приложений, которые запускаются по конкретной линии. Реально же длину линии при острой необходимости можно существенно увеличить.

Мы решили сами проверить это утверждение. Используя схему рис. 3 и подключив сетевые карты к интерфейсам 10/100BaseT коммутатора, мы увеличили длину горизонтального участка кабеля до 180 м, соединив последовательно два горизонтальных участка кабеля по 90 м каждый. На скоростях 10 и 100 Мбит/с ошибочных пакетов обнаружено не было, что подтверждает точку зрения практиков о возможности удлинения горизонтальных участков. Но нужно помнить, что гарантии на такую проводку никто не даст.

Этот же эксперимент был повторен при подключении сетевых карт к интерфейсам 1000BaseT коммутатора. Но в этом случае передать информацию на гигабитной скорости не удалось. Ни одна СКС не смогла обеспечить достаточного запаса «прочности» для работы гигабитного протокола на 180-метровом кабеле.

Конечно, этот эксперимент носит частный и ни в коем случае не рекомендательный характер. Но он заставляет задуматься о том, нужно ли ставить дополнительное активное оборудование или же использовать оптические решения, чтобы подключить к сети компьютер, вынесенный, к примеру, на расстояние 200 м.

 

 

 


 

Сквозь заросли кабельных троп

 

Испытание Gigabit Ethernet на проложенных в тестовой

лаборатории журнала кабельных линиях, а также попытка

оценить запас их «прочности» путем добавления развитой

кабельной вставки позволили получить новые интересные

результаты.

 

Владимир СКЛЯР

 

 

После завершения серии первых испытаний с проложенными 9-ю линиями от различных производителей и публикации первых результатов (подробности в «С&Б», № 1(2), 2002 г.) эйфория от трудов праведных прошла, и открылись перспективы продолжения работ. И хотя все кабельные системы удовлетворяют нормам, вычислить «прочность» или «запас устойчивости» для инсталлированных систем пока не представляется возможным: с одной стороны, слишком много критериев, а с другой — отсутствуют стандарты для оценки запаса.

Поэтому мы решили продолжить эксперименты над инсталлированными СКС и провести итоговый эксперимент, который бы подтвердил пригодность этих систем для передачи данных на скорости 1 Гбит/с по протоколам Gigabit Ethernet.

Редакция также решила привлечь экспертов, которые взялись бы прокомментировать с практической да и с теоретической (почему бы нет?) стороны полученные нами ранее результаты см. статью Никиты Юрченко «Линейный взгляд на тестирование» на стр. 54 в этом номере журнала.

Кроме того, удалось получить численные значения запаса по интегральному критерию, введенному нами в предыдущей статье («С&Б», № 1(2), 2002).

 

Даешь Gigabit!

Именно этот призыв не давал нам покоя до тех пор, пока мы не установили в нашей тестовой лаборатории коммутатор 3Com SuperStack3 Switch 4400 (рис. 1) c двумя гигабитными модулями для медных пар и два сервера Acer Altos 1200 (рис. 2) с гигабитными серверными сетевыми картами 3Com 3C996B-T. Чего только не достанешь, чтобы удовлетворить собственное любопытство?

 

 

 

Итак, эксперимент по передаче данных по кабельным системам категории 5е со скоростью 1 Гбит/с начался. Задача состояла в том, чтобы, пропустив высокоскоростной трафик через кабельную систему (напомним, что длина горизонтального кабельного участка составляла 90 м), определить качество линии. Критерием качества могло бы стать, к примеру, количество ошибочно принятых пакетов при передаче фиксированного объема данных.

Для проверки использовались программы NetBench и IOMeter, установленные на серверах под управлением Windows 2000.

Основные характеристики серверов Acer Altos 1200: процессор — PIII-933 МГц, ОЗУ — SDRAM PC-133 1 Гбайт HDD с интерфейсом SCSI. Для подключения сетевой карты ис­пользовался 64-разрядный PCI-разъем с тактовой частотой 33 МГц. На серверах использовалась ОС Windows 2000, поскольку драйверы для сетевых карт выпускаются только для серверных ОС. Схема испытаний — на рис. 3.

 

 

Оказалось, что идея посчитать ошибки хороша только в теории. На практике ни в одной кабельной линии не удалось обнаружить ни одного ошибочно принятого пакета и ни единого переспроса. Даже в том случае, когда сигнал пустили в «обход коммутатора», результат был тот же.

В этом эксперименте данные передавались в обе стороны как поочередно, так и одновременно, то есть использовались полудуплексный и дуплексный режимы работы сетевых карт и коммутатора. Однако достигнутая нами в опыте скорость передачи данных составила лишь 300-330 Мбит/с (в одном направлении). Суммарная скорость потока в обоих направлениях — около 650 Мбит/с. И это практически при полной (94-97%) загрузке процессоров на обеих сторонах!

Анализ литературных источников показал, что мы не одиноки в своей попытке довести Gigabit Ethernet до рабочего места. Относительно низкая скорость передачи объясняется несколькими причинами: во-первых, низкая частота PCI-шины (следовало бы использовать решение с частотой 66 МГц); во-вторых, однопроцессорная конфигурация сервера (коллеги из России, проводя испытание гигабитных карт, использовали 4-процессорный вариант).

 

Вносим «искажающий фактор»

Однако наша задача состояла не в испытании сетевых карт, а в проверке кабельных линий. И мы были готовы к такому обороту дел, при котором кабельные линии не вносят ошибок в передачу. Поэтому во втором «акте» на сцену вывели дополнительное «устройство», представлявшее собой небольшой отрезок полностью развитого кабеля. Длина этого отрезка в разных экспериментах была различной (от 10 до 60 см). Этот «испытательный отрезок кабеля» закреплялся на одной из соединительных панелей (рис. 4) и подключался последовательно к нужной горизонтальной проводке (одной из девяти) с помощью дополнительного соединительного шнура (рис. 5).

 

 

 

Первоначальная длина развитого участка составила 10 см. Нам казалось, что развивка такой длины приведет к существенному ухудшению показателей кабельной линии и, как следствие, к появлению ошибок при передаче. Однако ни 10, ни 20, ни даже 30 см развитого кабеля не повлияли на результат при передаче гигабитного потока. При этом были испробованы разные варианты подключения гигабитных карт — как прямое подключение (сервер-сервер), так и подключение через гигабитные порты коммутатора. При увеличении длины развитого участка кабеля до 70 см количество ошибочно принимаемых пакетов катастрофически возросло — сетевые карты просто «перестали видеть друг друга».

Важным фактором оказалось расстояние между проводниками развитого кабеля. При их сближении количество ошибочных пакетов возрастало. При увеличении пространственного разнесения — наоборот, количество ошибок уменьшалось. В результате экспериментов мы остановились на длине развитого кабеля в 50 см. Это позволило нам, с одной стороны, добиться-таки появления ошибочно принимаемых пакетов, а с другой — варьировать их количество путем изменения расстояния между проводниками. Испытательная программа позволила зафиксировать скорость повторной передачи пакетов. Для различных экспериментов она составила от 0,01 до 40 переспросов в секунду.

Развитая вставка, естественно, ухудшила характеристики кабельной линии, чего мы, собственно, и добивались. Кабельная проводка перестала удовлетворять нормам. Чтобы убедить в том, насколько изменились характеристики системы, мы провели измерение некоторых важных для нее параметров. В качестве эталонной СКС (для данных измерений) была использовала система Brand-Rex, как одна из лучших по предыдущим испытаниям. На рис. 6 в левой колонке приведены характеристики параметров исходной системы, в средней — характеристики после добавления отрезка развитого кабеля с близким расположением проводников, в правой — с разнесенным расположением. Поскольку развитой испытательный участок находился на «ближнем» конце линии (по отношению к тестеру), характеристики PS NEXT, измеренные с ближнего (Omni) и дальнего (Remote) конца, по понятным причинам значительно отличались. Эти различия хорошо видны на графиках.

Измерения проводились с помощью тестера Microtest OmniScanner 2 при установке режима 1000BaseT для модели измерения канала (Channel). Единственное отличие результатов, которые могли бы получиться при измерении на модели базовой линии, расположение граничных кривых. Мы не будем акцентировать в настоящей статье на этом особого внимания, так как в данном случае это отличие не носит принципиального характера.

 

Анализ результатов

Для компактно расположенных проводов развитой пары (мы решили использовать термин «сжатая развивка») кабельная система не прошла тест по обратным потерям на ближнем конце и по параметру NEXT (для некоторых пар, в основном, также на ближнем конце). Для свободно расположенных проводов развитой пары («свободная развивка») система не прошла также тест по Attenuation и в отдельных случаях по ELFEXT (для пар 36/12 на ближнем и дальнем концах). Остальные параметры оказались в норме.

Рассмотрим более детально результаты измерений.

Attenuation. Характер поведения параметра Attenuation при добавлении развитого фрагмента кабеля зависит от того, располагались ли жилы вместе или на некотором расстоянии. Характер Attenuation для линии с фрагментом «сжатой развивки» отличается от характера исходной линии незначительно — это видно из средней диаграммы. Однако «свободная развивка» привела к увеличению затухания, особенно на частотах от 50 МГц и выше. Характеристики Attenuation для всех пар кабеля вышли в этом случае за пределы допустимого.

NEXT и PS NEXT. Эти параметры определяют уровень наводимых помех между парами (NEXT) или на конкретную пару от всех смежных пар на ближнем конце (PS NEXT). Поскольку развитая вставка располагалась вблизи генератора тестера, то, как и следовало ожидать, уровень NEXT (рис. 6) и PS NEXT на ближнем конце резко возросли. Как видно из средней диаграммы, для «сжатой развивки» уровень NEXT для некоторых пар превышает уровень сигнала. Для «свободной развивки» NEXT немного меньше — поскольку расстояние между развитыми проводниками в этом случае больше.

PS ELFEXT. Этот параметр определяет результирующее соотношение сигнал/помеха на дальнем конце. Из графиков зависимости этого параметра от частоты видно, что вставка развитого фрагмента кабеля несколько ухудшает данный параметр. Тем не менее, кривые PS ELFEXT для различных пар все еще находятся в пределах нормы.

Return Loss. Развивка кабеля приводит к резкому увеличению обратных потерь (Return Loss). Причем на ближнем конце эти потери гораздо выше, чем на дальнем. На графиках в центральной и правой колонке зависимости Return Loss, которые лежат в районе граничной кривой и выше нее, — это обратные потери. Обратные потери, измеренные с дальнего конца (Remote Return Loss), хотя и возросли, однако незначительно и находятся все еще в пределах нормы.

Таким образом, добавив необычную вставку в кабельную систему, мы тем самым ухудшаем ее параметры, снижая помехоустойчивость приема. Мы вполне осознаем, что проведенный нами эксперимент не может однозначно ответить на вопрос о том, у какой системы запас выше, — слишком большой объем статистики пришлось бы накопить для получения надежных результатов. К тому же подобный метод оценки никакими стандартами не определен, и его результаты не могут иметь официального характера. Ну что ж, мы согласны рассмотреть и иные методы, если таковые будут предложены. Двери нашей тестовой лаборатории всегда открыты.

 

О пользе «интегрального критерия»

В критических замечаниях специалистов по поводу введенного нами интегрального критерия запаса по параметрам есть очень важный позитивный момент: критерий не является количественным. В данной статье мы решили исправить этот недостаток и произвести численный расчет интегрального запаса по параметрам для всех установленных в нашей тестовой лаборатории кабельных систем. Кроме того, интерес представляет величина перекоса задержки (Delay Skew), измеренная для различных пар (таблица 1).

 

 

Тестер Microtest OmniScanner 2, с помощью которого проводились измерения, запоминает результаты в файлах с расширением .dat и позволяет их импортировать в формат .csv (текстовый формат с разделителями). Благодаря этому в нашем распоряжении оказались не только графики, построенные по этим табличным данным, но и сами данные (577 значений для каждого измеренного параметра на 577 частотах в диапазоне 0—100 МГц). Кроме того, экспортированные данные содержат также граничные значения для всех характеристик. Этого оказалось вполне достаточно для вычисления невзвешенного интегрального запаса по целому ряду параметров.*)

 ________________________________________________

*) В статье Никиты Юрченко, опубликованной в этом же

номере журнала, указанный критерий иллюстрируется

рисунком 5 (с. 58).

 

Будем определять численную оценку запаса для каждого из параметров как среднее значение отклонения значения параметра от его граничного значения во всем диапазоне частот. Поскольку характеристики измеряются для конкретных пар и к тому же измерения проводятся с обоих концов линии, в таблице 2 приводятся наихудшие результаты расчета, поскольку именно они будут наиболее существенным образом влиять на помехоустойчивость приема.

 

 

Анализ исходных данных, использовавшихся при построении таблицы 2, позволяет утверждать, что очень часто минимальное значение запаса, измеренное тестером, и средняя величина запаса, полученная расчетным путем, соответствуют одной и той же паре. Это означает, что с большой вероятностью можно говорить, что если, например, обратные потери имеют минимальный запас для пары 4, 5 (что часто бывает), то и расчетное усредненное значение обратных потерь, скорее всего, будет иметь минимум именно для этой пары. Это справедливо для всех параметров, хотя и не всегда выполняется.

Если внимательно посмотреть на результаты измерений (колонка min) и расчета (колонка integr) в таблице 2, то можно заметить, что во многих случаях большие различия для разных кабельных линий по минимальному запасу в критической точке вовсе не соответствуют большим различиям по интегральному запасу. Так, по параметру PS NEXT для кабельных линий AMP и Molex величины минимального запаса по этому параметру, найденные для критичных точек, равны и составляют 9,8 дБ. Тем не менее, интегральный запас у системы AMP оказывается на 2,4 дБ выше.

Еще несколько примеров. Величина запаса по параметру Return Loss по интегральному критерию для систем Krone и Panduit примерно одинакова — 12,10 и 11,36 дБ. Тем не менее, разброс по величине минимального запаса оказался существенным — 4,0 и 2,4 дБ, соответственно. То же самое можно сказать и о параметре NEXT для систем Panduit и RiT. Интегральный запас по данному параметру для обеих систем почти одинаков и достаточно высок — 11,48 и 11,95 дБ. Однако минимальный запас, измеренный прибором, соответственно равен 1,5 и 6,4 дБ.

О чем это говорит? Лишь о том, что, с одной стороны, к результатам измерений по критерию минимального запаса следует относиться достаточно осторожно. С другой стороны, можно отметить, что интегральный критерий более «мягок» в оценке параметров кабельных систем, чем точечный.

Полученные численные результаты по оценке запаса прочности систем на основе интегрального критерия подтверждают выводы о явных достоинствах некоторых систем, сделанные автором в предыдущей публикации. Возможно, что в отношении одних были даны немного завышенные оптимистичные оценки, а достоинства других не были отмечены. Но результаты, полученные для кабельных линий AMP и Molex (см. таблицу 2), могут, наверное, убедить любого скептика.

 

Редакция благодарит компании RRC и «Банкомсвязь» за оборудование компаний 3Com и Acer, предоставленное для тестирования кабельных линий.

 

Инсталляцию сетевого и серверного оборудования в тестовой лаборатории, а также эксперименты по передаче данных и измерению кабельных линий выполнил Роман Осадчий.

 

Владимир СКЛЯР,

«Сети и бизнес»

 

№ 2 (май) 2002