СКС для 10 Gigabit Ethernet
Гарри Форбс — технический директор компании ITT NS&S.
(http://www.ittnss.com/)
Издательство "Открытые системы"
(http://www.osp.ru/)
Методы, которые изобретают для того, чтобы «заставить»
системы UTP должным образом поддерживать скорость 10 Гбит/с, по большому счету
являются попытками компенсировать отсутствие у этих систем экрана. Никакое
балансирование не избавит от всех проблем просто потому, что идеально
сбалансированного кабеля не существует, и самым действенным способом борьбы с
ними является экранирование.
Казалось, совсем недавно мы работали в сетях Ethernet,
построенных на базе концентраторов 10 Мбит/с, а гигабитные скорости представлялись
чем-то фантастическим, из далекого будущего. Но технический прогресс идет
вперед семимильными шагами. Цифровые технологии хранения и обработки постепенно
вовлекают в свою орбиту все новые и новые типы информации. Графика и видео,
мультимедиа и разнообразные голосовые приложения — все это находит широкое
применение в корпоративных сетях. Массовое развертывание систем с поддержкой
технологии Gigabit Ethernet, по прогнозам экспертов, приведет к тому, что через
два года около 70% всех портов локальной сети будут гигабитными.
Если к рабочим станциям подводятся каналы Gigabit Ethernet,
значит, на серверных и межкоммутаторных соединениях скорость должна быть еще
выше, т. е. 10 Гбит/с в соответствии с десятикратной «иерархией» роста
Ethernet. А со временем, сначала для наиболее «требовательных» пользователей, а
потом и для всех остальных, технология 10 Gigabit Ethernet будет неизбежно
внедряться и на участках доступа. Поэтому дальновидные предприятия уже сегодня
задумываются о ее использовании.
Даже если такие скорости пока кажутся неактуальными,
необходимо отдавать себе отчет, что рано или поздно они «придут» в вашу сеть.
Особенно это важно учитывать при развертывании кабельной инфраструктуры,
которая должна создаваться с запасом, по меньшей мере на пять—десять лет
вперед.
10 ГБИТ/С ПО МЕДИ
Хотя решения для 10 Гбит/с у многих ассоциируются прежде
всего с волоконно-оптическими кабельными системами, на горизонтальных участках
структурированных кабельных систем (СКС) еще долго будут доминировать кабели с
медными витыми парами. Интерес к потенциально недорогим медным решениям 10
Gigabit Ethernet подогревает и тот факт, что стоимость активного оборудования с
оптическими портами 10 Гбит/с остается очень высокой — около 10 тыс. долларов в
расчете на порт.
В ноябре 2003 г. институт IEEE сформировал рабочую группу
802.3an, поставив перед ней задачу разработки стандарта 10GBaseT для передачи
информации со скоростью 10 Гбит/с по кабелям с витыми парами. При сохранении
таких инвариантов Ethernet, как формат кадра, этот стандарт предусматривает
одновременную передачу трафика по каждой из четырех витых пар кабеля на
скорости 2,5 Гбит/с в дуплексном режиме (в обоих направлениях), что и
обеспечивает в сумме необходимые 10 Гбит/с. Хотя окончательная ратификация
стандарта 10GBaseT намечена лишь на лето 2006 г., многие предприятия уже
сегодня озаботились выбором кабельной системы, которая гарантировала бы
полноценную поддержку сетевой технологии 10 Гбит/с. Какие же варианты
предлагает рынок?
ПРОБЛЕМЫ UTP
Неэкранированные кабельные системы (Unshielded Twisted Pair,
UTP) уже несколько раз опровергали прогнозы скептиков, поднимаясь все выше и
выше по «лестнице» скоростей Ethernet: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1 Гбит/с...
Однако ситуация с поддержкой технологии 10 Гбит/с пока остается крайне
туманной. Дело в том, что стандартизованные системы UTP Категории 6 смогут
гарантированно поддерживать технологию 10GВaseT только при длине канала не
более 55 м. Но, как известно, стандартная длина медных кабельных каналов
составляет 100 м. Именно она берется в расчет в подавляющем большинстве
проектов СКС, и пересматривать эту фундаментальную характеристику, наверное,
имеет смысл только для очень специфических случаев, скажем для компактных
центров обработки данных.
Ряд производителей предложили кабели так называемой
расширенной Категории 6, которые, согласно их заявлениям, способны обеспечить
передачу информационных потоков 10 Гбит/с на требуемые 100 м. Однако при
отсутствии стандарта они остаются фирменными, да к тому же зачастую довольно экзотическими
техническими решениями. Кроме того, все чаще в этой связи говорится о
необходимости разработки новых методик инсталляции таких кабелей UTP, что тоже
вряд ли будет способствовать их широкому распространению.
Похоже, сложности с созданием стандартных систем UTP для
полноценной поддержки технологии 10 Gigabit Ethernet растут как снежный ком.
Так смогут ли производители создать такие системы, которые удовлетворят всем
требованиям разработчиков, инсталляторов и конечных пользователей СКС?
Известно, что «ахиллесовой пятой» систем UTP при передаче
данных со скоростью 10 Гбит/с являются межкабельные наводки, или Alien FEXT
(AFEXT), т. е. наводки от витых пар соседних кабелей. Цифровые методы обработки
сигналов позволили добиться больших успехов в деле компенсации наводок,
возникающих внутри кабеля, а вот на межкабельные наводки долгое время не
обращали серьезного внимания. Особенно большие проблемы наводки AFEXT вызывают
в коротких каналах UTP, и пока не видно сколько-нибудь заметного прогресса в
решении этой проблемы. Как недавно выяснилось, не меньшие сложности возникают
там, где короткие каналы сочетаются с длинными, даже если применяется алгоритм
«оптимизации мощности» (power backoff). Он предполагает использование в
коротких каналах сигнала меньшей мощности, чем в длинных, что должно, по
замыслу разработчиков, ограничить уровень межкабельных наводок. Однако на
практике ситуация может даже ухудшиться.
РЕШЕНИЕ — В ЭКРАНИРОВАНИИ
Методы, которые изобретают для того, чтобы «заставить»
системы UTP должным образом поддерживать скорость 10 Гбит/с, по большому счету
являются попытками компенсировать отсутствие у этих систем экрана. Апологеты
применения кабелей UTP «для решения любых задач» любят повторять, что такой
идеально сбалансированный кабель абсолютно ничего не излучает вовне и защищен
от всех внешних наводок. Но если бы это было действительно так, тогда
межкабельные наводки не представляли бы помехи. Представители же компаний, выпускающих
экранированные кабельные системы, всегда полагали, что никакое балансирование
не избавит от всех проблем просто потому, что идеально сбалансированного кабеля
не существует, и самым действенным способом борьбы с ними является
экранирование.
Производители кабелей UTP предлагают массу ухищрений, чтобы
сделать их пригодными для поддержки 10 Gigabit Ethernet. Это и разделение
кабельных каналов на уровне коммутационных панелей (отделение коммутационных
шнуров друг от друга и увеличение расстояния между портами 10GBaseT), и
создание воздушных зазоров между кабелями при их прокладке в кабелепроводе, и
увеличение длины коммутационных шнуров, и сочетание коротких и длинных каналов,
и использование технологии power backoff. Но, похоже, только-только удается справиться
с одной проблемой, как тут же возникает другая.
В этом отношении весьма показательна ситуация, возникающая
при модернизации кабельной системы, в которой присутствуют кабели Категорий 5е
и 6. Предположим, кабели проложены в магистральной системе здания между
основной аппаратной комнатой и аппаратными на каждом этаже. Со временем для
поддержки пользователей высокопроизводительных приложений (скажем, систем
автоматического проектирования САПР), работающих на одном из этажей, решено
организовать каналы 10 Гбит/с по кабелям UTP. Обычная практика прокладки
кабелей в вертикальных воздуховодах (коробах) заключается в том, что новый
пучок кабеля размещают рядом с имеющимися. Таким образом, кабели UTP,
предназначенные для систем 10 Gigabit Ethernet, будут соседствовать с кабелями
Категорий 5е и 6, которые неизбежно внесут свой вклад в повышение межкабельных
наводок AFEXT.
Итак, позволят ли различные предлагаемые поставщиками ухищрения и ограничения стать системам UTP столь же подходящей физической средой для сетей 10 Гбит/с, какой являются экранированные решения? И смогут ли они остаться приемлемыми по цене, сохранить достаточную степень гибкости и запас по характеристикам, что необходимо как проектировщикам, так и пользователям современных сетей? Эти вопросы пока остаются без ответа. А по мере того, как работы над стандартом на системы 10GВaseT приближаются к завершению, оптимизм по поводу применения в них кабелей UTP убавляется.