№ 1 (20) 2005

СКС завтрашнего дня — сегодня,

или Новые требования 10 GigaBit Ethernet

Структурированная кабельная система (СКС) сегодня является такой же неотъемлемой частью современных коммерческих и общественных зданий, как электропроводка, водопровод и центральное отопление. Кроме того, СКС является основой информационной системы и не может быть модернизирована без существенных затрат: любые изменения в СКС неизбежно связаны с простоем ЛВС предприятия. По этим причинам кабельные системы должны рассматриваться как долгосрочные инвестиции в здание. Международные стандарты рекомендуют проектировать кабельную инфраструктуру так, чтобы эксплуатировать ее без изменений не менее 10–15 лет. То есть, проектируя СКС сегодня, необходимо ориентироваться не только на современные, но и на перспективные сетевые приложения.

В настоящее время в процессе стандартизации находится протокол 10 Gigabit Ethernet (10GBase-T), в котором будут востребованы характеристики кабелей и компонентов Категории 6 для сетей Класса E и выше. Это означает, что сегодня целесообразно закладывать в серьезные проекты СКС не ниже класса Е.

Еще одной очень важной тенденцией является интеграция кабельных систем в полную интеллектуальную систему управления физическим уровнем сети — Intelligent Infrastructure Management Systems (IIMS). Современные кабельные системы должны уже сегодня быть подготовлены к будущему обновлению до полной системы IIMS. Рассмотрим в нашей статье оба этих аспекта более детально.

10GBase-T — новое поколение стандарта Ethernet

В феврале 2004 года перед Институтом инженеров электротехники и электроники (IEEE) встала задача разработки стандарта 10 Gigabit Ethernet «по меди». Ратификация соответствующего стандарта (IEEE 802.3an, 10GBase-T) намечена на июль 2006 г. К этому времени должны быть зафиксированы технические спецификации кабелей и компонентов, совместимых с протоколом 10GBase-T.

Проект этих спецификаций представлен в бюллетене JTC 1/25N 981 объединенного технического комитета ISO/IEC по информационным технологиям. В соответствии с ним 10GBase-T будет 4-парным протоколом: по каждой витой паре в обоих направлениях будут передаваться данные со скоростью 2,5 Гбит/с (рис. 1).

Приложения 10 Gigabit Ethernet

Сегодня в процессе стандартизации находятся 3 версии 10 Gigabit Ethernet.

Первая из них — разработка для высокоскоростных соединений серверов в центрах обработки информации — 10GBase-CX4 (IEEE 802.3ak). Этот протокол базируется на специальном сдвоенном кабеле — 4-twinax infiniband — и соединителе с интерфейсом XAUI. Длина линии может достигать 15 метров. С таким ограничением по длине этот протокол невозможно эффективно использовать в горизонтальных подсистемах СКС.

Спецификации другого протокола — 10GBase Fiber (IEEE 802.3ae) — предполагают использование оптической среды передачи. Этот протокол разработан, главным образом, для внешних и внутренних магистральных подсистем СКС, а также для сетей хранения и центров обработки данных (SAN/Data Centers Cabling System).

Поскольку Gigabit Ethernet (1000Base-T) в горизонтальной подсистеме становится сегодня обычным явлением, а в магистралях скорости должны быть на порядок выше, то применение 10GBase Fiber весьма актуально уже сегодня. И тот, кто инсталлирует для указанных целей многомодовые кабели, поступает дальновидно. Несмотря на то, что кабели с одномодовыми волокнами обеспечивают большую широкополосность и дальность передачи, многомодовые волокна позволяют работать в диапазоне длин волн 850 нм с недорогими лазерами типа VCSEL (лазеры с излучением с вертикальной поверхности резонатора), что невозможно для одномодовых волокон.

И наконец, самый «свежий» по времени разработки протокол 10GBase-T (IEEE 802.3an) предназначен для обеспечения высокоскоростных соединений в горизонтальной подсистеме СКС, а также для соединения серверов в центрах обработки информации по симметричному медному кабелю (табл. 1).

Ожидается, что 10GBase-T откроет возможности для новых мультимедийных приложений, таких, например, как видео по IP и видеоконференции. Принятие стандарта намечено на середину 2006 года, соответственно первые приложения должны появиться в течение следующих двух-трех лет.

Влияние 10GBase-T на СКС

Как уже описывалось выше, 10GBase-T будет работать как дуплексный протокол с минимальной емкостью информационного канала 9–10 Гбит/с (в зависимости от схемы кодировки). Чтобы понять взаимосвязь между протоколом и передающей средой (кабельной системой), нужно вкратце рассмотреть такую характеристику, как «емкость информационного канала», которая описывается фундаментальным соотношением Шеннона:

C = B * log₂(1 + S/N), где

C — пропускная способность информационного канала;

B — полоса пропускания канала;

S — средняя мощность сигнала;

N — средняя мощность шума.

Соотношение Шеннона говорит о том, что для заданной полосы пропускания максимальная емкость информационного канала будет зависеть только от отношения сигнал/шум. Если мы возьмем заданное среднее значение мощности сигнала, то останется только один параметр, на который можно воздействовать, чтобы увеличить емкость информационного канала, — это шум¹⁾ .

              _______________________________________________________________

                     ¹⁾ Особая точка зрения редакции о возможности применения формулы

                    Шеннона изложена во врезке «О применении формулы Шеннона». —

                    Примеч. ред.

Следует отметить, что для стандарта 10GBase-T полоса пропускания, по-видимому, будет определена в 625 МГц, что будет соответствовать новому стандарту для кабельных систем Класса E.

Последняя опубликованная редакция стандарта ISO/IEC 11801 в настоящее время «закрепляет» СКС Класса Е на частотах до 200 МГц, а Класса F — до 600 МГц. Однако в 2004 году на собрании объединенного технического комитета ISO/IEC JTC 1/SC 25 в Хитоси (Япония) было решено увеличить полосу частот Класса Е до 625 МГц, а Класса F — до 1000 МГц (ISO/IEC 11801 Ed.2.1.) именно для работы протоколов 10GBase-T.

А на последнем собрании ISO/IEC JTC 1/SC 25 в Ихтапа (Мексика) было согласовано другое предложение — использовать Классы E500 и F1000 с несколько различающимися параметрами, определяемыми математическими формулами. Окончательно сформулированное Дополнение 1 к действующему стандарту ISO/IEC 11801 предполагается принять в сентябре этого года на собрании в Оксфорде (Великобритания).

Возвращаясь к кабельным системам, которые являются трактом для передачи 10GBase-T, мы должны понимать, что подразумевается под понятием «шум». Шум в кабельных системах порождается:

• внешним электромагнитным воздействием, которое можно значительно уменьшить применением в СКС высококачественных компонентов и профессиональным монтажом;

• перекрестными наводками (взаимными влияниями) между отдельными парами внутри кабеля, которые на сегодняшний день определяются параметрами NEXT (Near End Cross-Talk) и FEXT (Far End Cross-Talk).

Для уменьшения NEXT и FEXT до определенного уровня применяются современные алгоритмы цифровой обработки сигнала, но только для тех случаев, когда мы рассматриваем передачу сигнала по одному тракту в одном кабеле.

Ранее международные кабельные стандарты в спецификациях на кабельные системы рассматривали параметры только для одного тракта (для одиночного кабеля и соответствующего оконечного оборудования). Этого было вполне достаточно для всех приложений (включая 1000Base-T), которые мы используем сегодня.

Однако в случае трафика 10 Гбит/с основной вклад в шумы дают наводки из соседних (прилежащих) кабельных линий и даже наводки между соседними портами патч-панелей, коммутаторов и телекоммуникационных розеток на рабочих местах. В стандартах СКС этот источник шумов ранее не рассматривался. Но важнее то, что его нельзя подавить, применяя различные алгоритмы обработки сигнала, и нельзя избежать: линейные кабели всегда прокладываются в пучках и выводятся на соседние порты коммутационных панелей (рис. 2).

Для оценки этого нового эффекта введен параметр Alien Crosstalk (ANEXT) — межкабельные переходные влияния на ближнем конце.

По плечу ли 10 Гбит/с нынешним СКС?

Как упоминалось ранее, 10GBase-T будет работать с компонентами Категории 6 и выше. Возникает вопрос, готовы ли кабельные системы, устанавливаемые сегодня, к этим новым требованиям?

Международными исследовательскими институтами было проведено множество тестов относительно существующих стандартов Категории 6. Принимались во внимание как экранированные, так и неэкранированные кабельные системы.

Чтобы измерить ANEXT, над кабельным жгутом был проведен опыт, в ходе которого вокруг центрального кабеля располагалось шесть других кабелей — такая конфигурация является наилучшей моделью для реально существующих пучков кабелей.

В результате были получены значения максимальной емкости информационного канала, представленные в таблице 2.

Как видим, между экранированными и неэкранированными кабельными системами существует значительная разница: экранированные кабели (из-за наличия экрана) имеют намного лучшие значения ANEXT, чем кабельные системы на кабеле UTP. Экран улучшает ANEXT приблизительно на 20 дБ, что делает уже сегодня высококачественные экранированные системы Класса E (особенно построенные на базе кабелей PiMF — Pair in Metal Foil [S/FTP или F/FTP]) готовыми для 10 Gigabit Ethernet.

В свою очередь, стандартный канал на кабеле UTP Категории 6 при прокладке кабеля в пучке не может обеспечить доставку трафика 10 Гбит/с. Его потенциально достижимая длина вместе с коммутационными шнурами составляет 55 м (длина линии — 45 метров; рис. 3). Это достаточно серьезное и трудно преодолимое ограничение, к тому же противоречащее требованиям международных стандартов СКС.

Таким образом, из всех типов кабельных систем Категории 6 только экранированная может реально поддерживать трафик 10 Gigabit Ethernet, однако ее готовность к этому должна быть еще подтверждена тестами на соответствие спецификациям ISO/IEC 11801 (JTC 1/25N 981A) в диапазоне частот от 1 до 625 МГц.

Какой СКС отдать предпочтение?

Поскольку СКС рассматриваются как долгосрочные капиталовложения в здание, планируя их сегодня, нужно обеспечить применение им в будущем. А чтобы понять, что будет завтра, давайте оглянемся в прошлое.

Десять лет назад самым популярным приложением было 10Base-T. В наши дни стандартным приложением становится 1000Base-T. Скорости возросли в 100 раз! Требования к кабельным системам за это время изменились от Категории 3 до Категории 5 (впоследствии 5е). Сегодня все больше заказчиков отдают предпочтение кабельным системам Категории 6/Класс E.

Никто не может точно сказать, что будет завтра, но одно ясно точно: нужно быть уверенным, что построенная кабельная инфраструктура будет готова поддерживать стандарт 10GBase-T, который будет принят очень скоро — в 2006 году (рис. 4).

А как мы уже выяснили, сегодня на рынке есть только одно надежное решение для трафика 10 Гбит/с — это экранированные кабельные системы Категории 6/Класс E (или даже Категории 7/Класс F).

Курс на интеллектуальную систему

Дополнительный аспект, о котором стоит помнить особо, проектируя действительно долговременную современную кабельную систему, — это интеграция кабельной проводки в полную интеллектуальную систему управления физическим уровнем сети — Intelligent Infrastructure Management Systems (IIMS).

Сегодняшние корпоративные сетевые инфраструктуры становятся все более и более комплексными. Управление сетью нуждается в дополнительных улучшениях. Чтобы работать с более точной и надежной информацией, необходимо свести простои сети к минимуму и максимально оптимизировать средства управления. Для этого необходимо сузить пробел между логическим и физическим уровнем управления и интегрировать оба информационных базиса в одну интеллектуальную систему управления физическим уровнем сети. Эта возможность становится реальностью при поддержке кабельной инфраструктуры.

Главная разница между классической кабельной системой и кабельной системой, готовой к управлению на физическом уровне, — в применяемых для IIMS патч-панелях. Посредством специально сконструированных патч-панелей осуществляется передача анализатору информации о всех подключениях в распределительном узле. Это значит, что на первоначальной стадии установки кабельной системы должны быть инсталлированы только специальные IIMS патч-панели. Только в этом случае дальнейшие обновления могут быть сделаны без существенных затрат.

Существуют два возможных подхода для легкого обновления системы до IIMS. Первый — установить с самого начала полные патч-панели, поддерживающие IIMS. В эти патч-панели уже полностью интегрированы сенсорные полоски, с помощью которых будут отслеживаться все соединения в сети²⁾.

 _______________________________________________________________

²⁾ Система управления физическим соединением описана так,

как это реализовано в решениях Tyco Electronics, Molex, др.

Известно, что компания RiT в своей системе Patch View применяет

специальные 9-контактные патч-корды и соответствующие им модули

в патч-панелях. Эта система реализует также принцип

Patch View Ready, но в этом случае используются несколько

иные технологические подходы. — Примеч. ред.

Второе решение — это патч-панели IIMS Ready (готовые для легкого обновления до полных). Внешне они выглядят как обычные патч-панели, но их конструкция предусматривает очень простое подключение сенсорного модуля и кассеты ввода-вывода, что обеспечивает интерфейс для подключения к анализатору.

Оба решения не требуют дополнительных работ по монтажу, и все затраты по обновлению сетевой инфраструктуры до полной IIMS будут только в будущем.

Вывод напрашивается

Итак, чтобы спроектировать и инсталлировать действительно современную и долговременную кабельную систему, необходимо уже сегодня считаться с двумя факторами.

Первый — кабельная система должна быть готовой к поддержке приложения 10 Gigabit (10GBase-T). На сегодня есть только один выбор — экранированная кабельная система Класса E (на компонентах Категории 6), производителями которой были успешно проведены лабораторные тесты на соответствие спецификациям ISO/IEC 11801 (JTC 1/25N 981A). Только в этом случае можно быть уверенным, что кабельная система будет соответствовать всем требованиям 10GBase-T.

Некоторые производители кабельных систем прикладывают усилия к разработке также UTP-систем, которые будут поддерживать 10GBase-T без всяких ограничений, описанных выше. В связи с этим также ведутся разговоры об улучшенной Категории 6 — Enhanced Category 6 (Cat. 6е), но детали пока далеко не ясны. Однако до сих пор никто не предложил на рынке неэкранированную систему или систему на кабеле UTP (хотя бы по такой же цене, что и экранированная кабельная система), которая уже сегодня обеспечивает характеристики так называемой улучшенной категории 6.

На сегодня самое надежное решение — это использование в СКС кабелей 6 и 7 категории с конструкцией PiMF, которые обеспечивают наилучшие характеристики и имеются на рынке по приемлемым ценам.

Второй аспект — применение патч-панелей, которые подготовлены для будущего обновления до полной системы IIMS. Многие типы панелей уже сегодня доступны на рынке по тем же ценам, что и обычные классические патч-панели, поэтому эта замена не увеличит общую стоимость решения в целом.

 Вольфганг РИГЕР

(Wolfgang Rieger),

директор по продажам СКС

AMP NETCONNECT в странах

Восточной Европы,

wrieger@tycoelectronics.com

Томаш КУБАСИК

(Tomasz Kubasik),

эксперт группы технического

комитета ISO/IEC по информационным

технологиям SC 25 WG 3

(Кабельные системы),

TKubasik@tycoelectronics.com

 № 1 (февраль-март) 2005