Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Сеть 10-Gigabit Ethernet на базе медной проводки. Реально ли это?

Фил Чандлер

Возможно ли обеспечить скорость передачи данных 10 Гбит/с по традиционному медному кабелю? Есть специалисты, которые полагают, что столь высокой скорости можно достичь только при использовании высококачественного одномодового или многомодового оптоволокна. Тем не менее в течение двух последних лет представители ведущих компаний-производителей активно работают в рамках проблемной группы IEEE 802.3an, стараясь определить технические возможности построения сетей 10GBase-T. Основываясь на результатах тестирования новых структурированных кабельных систем (СКС) и прогнозах развития производства полупроводниковых интегральных микросхем (ПИМС), члены названной проблемной группы пришли к выводу, что передача трафика 10-Gigabit Ethernet по медной проводке станет реальной в самом ближайшем будущем.

Чтобы это произошло, необходимо сотрудничество производителей ПИМС и СКС. Ведь, с одной стороны, нужно разработать ПИМС, поддерживающие новую схему линейного кодирования и обеспечивающие улучшенное подавление внутренних наводок (от источников помех внутри кабельного канала) за счет использования методов цифровой обработки сигнала (Digital Signal Processing — DSP), а с другой — следует переконструировать медный кабель и соединительное оборудование, чтобы они работали на более высоких частотах и тем самым реализовывали более широкую полосу пропускания канала. В итоге должна получиться комбинация передовых технических решений, позволяющая предприятиям и организациям развертывать экономически эффективные системы передачи данных для приложений с высокими требованиями к сетевой полосе пропускания.

Нужна ли технология 10GBase-T?

Разработка систем 10GBase-T — это безусловно очень интересная задача с технической точки зрения. Но каковы возможные области их применения, если сего-дня большинство компьютеров вполне успешно работают с 10- и 100-Мбит/с интерфейсами Ethernet? Попробуем ответить на этот вопрос. В настоящее время многие предприятия модернизируют свои сетевые инфраструктуры с целью повышения производительности, расширения систем хранения данных, поддержки конвергенции и улучшения защиты важной деловой информации. По мнению аналитиков, технология 10GBase-T в основном будет применяться в центрах обработки данных (ЦОД), а также для подключения высокопроизводительных рабочих станций и поддержки Web-приложений.

Полную версию данной статьи смотрите в 11-ом номере журнала за 2005 год.

Сегодня (как никогда раньше) информационные технологии имеют очень большое значение для успешной деятельности предприятий. Чтобы получить конкурентные преимущества, многие предприятия используют ЦОД, оснащенные высокоскоростными и защищенными сетями. Стало общим правилом создавать серверные кластеры, развертывать сети хранения данных (SAN) и реализовывать катастрофоустойчивые решения, обеспечивающие сохранность информации.

Сейчас в ЦОД трафик многих приложений передается по многомодовым оптоволоконным каналам, проложенным для гарантии эффективности их работы и обеспечения запаса по полосе пропускания, который потребуется при дальнейших модернизациях сети. Появление же медных систем 10GBase-T расширяет выбор решений для развертывания СКС в ЦОД.

Программисты продолжают разрабатывать новые компьютерные приложения, требующие высокой скорости передачи данных и призванные повысить производительность предприятия или улучшить обслуживание его клиентов. К такого рода приложениям относятся средства телемедицины, решения по широковещательной передаче аудио- и видеоинформации с Web-серверов и системы видео-конференц-связи. Кроме того, быстро растут объемы данных, передаваемых между высокопроизводительными рабочими станциями. Пересылка медицинских графических файлов, использование методов трехмерного научного моделирования и развертывание специальных средств визуализации изображений уже начинают создавать значительную нагрузку на некоторые корпоративные сети.

Можно с уверенностью сказать, что в результате постоянного развития Web-технологий скорости передачи данных по корпоративным сетям будут расти. К счастью, новые медные СКС, предназначенные для поддержки стандарта 10GBase-T, станут экономически эффективными средами передачи для сегодняшних и будущих приложений, предъявляющих повышенные требования к сетевой полосе пропускания.

“Портрет” стандарта 10GBase-T

Придя к выводу о востребованности рынком кабельных систем 10GBase-T, институт IEEE в рамках рабочей группы 802.3an начал разрабатывать требования к физическому уровню и уровню MAC (сетевых решений), выполнение которых позволит поддерживать 10-Гбит/с технологию Ethernet. В октябре 2004 г. проблемная группа опубликовала первый проект стандарта 10GBase-T, определяющий следующие ключевые требования:

1. Дуплексная передача данных по всем четырем витым парам кабеля.

2. Скорость передачи — 2,5 Гбит/с по каждой из четырех витых пар.

3. Применение новой схемы линейного кодирования PAM-12 (амплитудно-импульсная модуляция).

4. Сохранение формата кадров 802.3/Ethernet (с целью обеспечения совместимости).

По сравнению с другими рассмотренными институтом IEEE схемами линейного кодирования, использование схемы PAM-12 позволяет обойтись более узкой полосой пропускания (500 МГц). Таким образом, реализация этой схемы, снижающей требования к ширине полосы пропускания СКС, имеет большое значение для воплощения технологии 10GBase-T в реальность.

В проекте стандарта содержатся и требования к электрическим характеристикам канала СКС, соблюдение которых обеспечит необходимую (для передачи 10-Гбит/с трафика) ширину полосы пропускания канала и определенный коэффициент битовых ошибок. Итак, СКС должны:

• соответствовать требованиям по вносимым потерям, описанным в стандарте ISO 11801 для канала класса F (категории 7), с целью обеспечения должного уровня сигнала;

• снижать общий уровень межкабельных наводок (PSANEXT) на частотах до 500 МГц для уменьшения случайной электромагнитной связи между витыми парами соседних кабелей;

• реализовывать экстраполированные значения параметров (NEXT, PSNEXT, ELFEXT, PSELFEXT и возвратных потерь) канала класса F (категории 6), определенные стандартом ISO 11801, в полосе частот до 500 МГц, чтобы гарантировать низкий уровень внутренних наводок, подавляемых средствами DSP.

Разработчиками стандарта определены следующие длины 10-Гбит/с кабельных каналов с четырьмя разъемными соединениями:

• до 100 м при использовании экранированной кабельной системы класса F (категории 7), соответствующей стандарту ISO 11801;

• до 55 м, если задействовать неэкранированную (UTP) кабельную систему класса E (категории 6), соответствующую стандарту ISO 11801;

• до 100 м в случае применения улучшенной (augmented) UTP-кабельной системы класса Е (категории 6).

Новые улучшенные UTP-кабельные системы класса Е (категории 6) должны получить самое широкое применение, поскольку у них нет экранов, которые нужно правильно заземлять, и они позволяют реализовывать каналы полной длины (100 м).

Институт IEEE играет ведущую роль в определении основ стандарта 10GBase-T, но документы для этого стандарта разрабатывают и другие организации стандартизации — TIA, EIA, ISO и IEC. В институте IEEE были сформулированы требования к электрическим характеристикам канала СКС, вошедшие в рабочие документы TIA/EIA и ISO/IEC 11801, однако большая часть стандарта 10GBase-T будет посвящена не СКС, а вопросам кодирования и цифровой обработки сигнала, ориентированным на производителей ПИМС. Подкомитеты же TIA/EIA и ISO/IEC 11801 разработают полный набор спецификаций на СКС. Сейчас они формулируют требования к компонентам СКС с целью обеспечения их совместимости, определяют подлежащие тестированию параметры и процедуры тестирования. Ожидается, что стандарт 10GBase-T будет принят и опубликован в середине 2006 г.

Появление в октябре 2004 г. первого проекта стандарта 10GBase-T, содержащего требования к электрическим характеристикам канала СКС, дало толчок к разработке новых технических решений, которые в недалеком будущем позволят строить сети 10-Gigabit Ethernet на базе медного кабеля. Теперь производители СКС имеют четкие спецификации канала с полосой пропускания 500 МГц, а производители ПИМС знают, как нужно проектировать новые ПИМС, чтобы достичь скорости передачи данных, равной 10 Гбит/с.

При разработке UTP-кабельных систем, поддерживающих будущий стандарт 10GBase-T при длине канала 100 м и четырех разъемных соединениях, для производителей СКС самой сложной задачей является снижение уровня наводок PSANEXT на частотах до 500 МГц. Параметр PSANEXT характеризует суммарную мощность наводок на ближнем конце пары кабеля, созданных парами соседних кабелей. Существует два основных способа снижения уровня PSANEXT:

• увеличение расстояния между источником наводок и витой парой кабеля, в которой возникают наводки (это легко достигается увеличением диаметра кабеля, но тогда последний может стать слишком толстым (с точки зрения размещения в кабелепроводах) и дорогим);

• улучшение сбалансированности передачи сигналов по кабелю (что делает его менее восприимчивым к внешним наводкам) путем уменьшения шага скрутки пар и повышения его стабильности по всей длине кабеля (сбалансированность передачи обеспечивается как конструкцией кабеля, так и средствами контроля качества его производства).

Помимо снижения уровня межкабельных наводок, важной технической проблемой является обеспечение поддержки экстраполированных значений электрических параметров систем категории 6 на частотах до 500 МГц. Ниже перечислены основные задачи, стоящие перед разработчиками СКС:

1. Повысить эффективность компенсации наводок в разъемах с целью улучшения показателей NEXT в полосе частот от 250 до 500 МГц.

2. Усовершенствовать методы терминирования разъемов для повышения стабильности качества выполнения этой операции.

3. Уменьшить возвратные потери компонентов СКС с целью улучшения работы канала на высоких частотах.

4. Улучшить концентричность изоляции проводников для снижения возвратных и вносимых потерь.

5. Увеличить диаметр проводников кабеля для повышения уровня передаваемого сигнала в канале.

Задачи производителей ПИМС

Для поддержки стандарта 10GBase-T производители ПИМС должны решить две основные технические задачи. Это реализация новой схемы линейного кодирования и повышение эффективности работы средств DSP. Чем больше число уровней амплитудно-импульсной модуляции — в данном случае их должно быть 12, — тем выше сложность реализующих этот вид модуляции ПИМС и тем хуже помехоустойчивость канала. Проблемная группа IEEE 802.an пришла к выводу, что PAM-12 является оптимальной схемой линейного кодирования для поддержки технологии 10-Gigabit Ethernet.

Помимо средств, реализующих вышеуказанную схему, в ПИМС нужно встроить средства DSP, которые подавляли бы внутренние наводки. Передавая сигнал по каналу, средства DSP, использующие определенные алгоритмы, могут спрогнозировать и подавить отраженный сигнал, а также перекрестные наводки NEXT и ELFEXT. С увеличением частоты сигнала в канале (а именно это и предполагает технология 10GBase-T) растет уровень перекрестных наводок и усложняется сам наведенный сигнал. Таким образом, проектировать средства DSP становится сложнее.

Средства DSP способны эффективно подавлять внутренние наводки, но их возможности в плане компенсации внешних помех существенно ограничены, поскольку эти помехи случайные и не предсказуемые. Таким образом, задача снижения уровня PSANEXT должна решаться средствами СКС. Подводя итог сказанному, еще раз перечислим те технические решения и требования, реализация которых сделает сети 10GBase-T реальными:

• схема линейного кодирования сигнала PAM-12, предназначенная для уменьшения требуемой ширины полосы пропускания канала до 500 МГц;

• средства DSP, подавляющие внутренние наводки и обеспечивающие ширину полосы пропускания канала, равную 500 МГц;

• вносимые потери, соответствующие спецификациям стандарта ISO 11801 на канал класса F (категории 7) и позволяющие получать нужный уровень сигнала при длине канала 100 м;

• экстраполированные значения электрических характеристик канала категории 6 на частотах до 500 МГц;

• снижение PSANEXT в СКС на частотах до 500 МГц.

Процедуры тестирования

Многие производители СКС недавно выпустили на рынок UTP-кабельные системы, обеспечивающие, по их заявлениям, скорость передачи данных 10 Гбит/с при длине канала 100 м. Вот только как конечному пользователю убедиться в том, что приобретенная им кабельная система действительно сможет поддерживать будущий стандарт 10GBase-T?

К счастью, производители портативных тестеров разрабатывают новые версии ПО для них, позволяющие измерять параметры кабельных трактов категории 6 на частотах до 500 МГц. С помощью этих тестеров можно определять уровень внутренних наводок, но, увы, простого способа измерения уровня PSANEXT в полевых условиях не существует. Чтобы правильно измерить последний, нужно реализовать жгут из шести кабелей, уложенных вокруг центрального (седьмого) кабеля, причем по всем шести кабелям должны передаваться сигналы, создающие внешние помехи для пар центрального кабеля. В реальных инсталляциях из-за случайного расположения кабелей в кабелепроводах почти невозможно определить те шесть каналов, в которые нужно подать сигнал, чтобы измерить уровень наводок в выбранном канале. Таким образом, правильно измерить уровень PSANEXT можно только в лаборатории, где реально реализовать нужный кабельный жгут и протестировать его с помощью сетевого анализатора.

Покупая СКС, конечным пользователям придется в значительной степени полагаться на репутацию производителей, гарантийные обязательства последних и результаты независимого тестирования параметров СКС. Кроме того, конечные пользователи могут выбрать производителя СКС, предлагающего полное решение, а не только новый кабель или разъем. Учтите, что для хорошей работы СКС сети 10-Gigabit Ethernet важны все ее компоненты: розеточные модули, медный кабель, коммутационные панели и соединительные шнуры. Все они должны быть оптимизированы для достижения 10-Гбит/с скорости передачи данных.

Шаг вперед

Сейчас Ethernet является самой широко распространенной технологией ЛВС. Совместно работающие новые ПИМС и полные СКС обеспечат очередной прирост производительности ЛВС, сделав реальной надежную передачу трафика 10-Gigabit Ethernet по медной проводке. Разрабатываемая технология 10Gbase-T скоро сделает доступными для конечных пользователей экономически эффективные решения, способные поддерживать сегодняшние и будущие приложения с высокими требованиями к пропускной способности сети..





  
11 '2005
СОДЕРЖАНИЕ

инфраструктура

• Недорогие коммутаторы Ethernet

• Сетевая печать — от Windows к Linux и обратно

• Выбираем IP-телефоны

информационные системы

• Архивирование сообщений электронной почты

• Тестируем системы архивирования электронной почты

сети связи

• Реализация программы «Тетрарус»

• По пути либерализации

• Видеосвязь в трех ипостасях

кабельные системы

• Сеть 10-Gigabit Ethernet на базе медной проводки. Реально ли это?

• Кабельные лотки развиваются в соответствии с меняющимися потребностями

защита данных

• Тестируем межсетевые экраны для филиалов компаний

• Content-security силами ISP

• Устраняйте уязвимые места прежде, чем их атакуют


• Калейдоскоп



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх