Сетевая инфраструктура центров обработки данных переживает трансформацию, обусловленную растущим спросом на высокую пропускную способность и производительность сети. Фактически, в современных ЦОДах стандартом является 10-гигабитный Ethernet, при этом все чаще внедряется 40G. Хотя стандарты Ethernet 40G для волоконно-оптических кабелей SM и кабелей MM на основе MPO уже существуют, в настоящее время разрабатывается стандарт Ethernet 40GBASE-T для кабельных систем с медными витыми парами. Такая высокая скорость работы сети предполагает строгие требования к производительности кабельных компонентов и кабельных систем. В данной статье рассматриваются проблемы обеспечения достаточной производительности установленных кабелей, и особое внимание уделяется сертификационным испытаниям на местах.
За счет большой протяженности и высокой эффективности передачи, одномодовое волокно соответствует требованиям к передаче данных 40 Гбит/с на расстояние до 10 км (40GBASE-LR4). Электроника и оптика физического уровня состоят из четырех каналов, каждый из которых передает данные 10 Гбит/с с разной длиной волны. Одномодовое волокно является предпочтительным вариантом при достаточном бюджете, или большой длине линий связи.
В настоящее время многомодовое волокно с параллельным оптическим интерфейсом MPO — это самый популярный носитель Ethernet 40G (40GBASE-SR4). Сетевое оборудование дешевле по сравнению с одномодовым волокном и поддерживает все стандартные длины кабелей связи (до 100 м для кабеля OM3 и 125 м для кабеля OM4) в сетях центров обработки данных.
Для каналов небольшой длины до 7 м, стандарт 40 GBASECR4 предусматривает использование твинаксиальных медных кабельных сборок. Как правило они используются для соединения сетевых устройств, расположенных рядом друг с другом.
Принимая во внимание недавние разработки, можно сказать, что кабели с медной структурой будут пользоваться спросом и станут важной альтернативой волоконным линиям связи для 40G Ethernet. В течение нескольких лет медные витые пары с большой долей вероятности сохранят преимущество в стоимости над волоконными кабелями. Медные кабели воспринимаются как более простые в установке и обслуживании.
Важно отметить, что витые пары, работающие по сетевым стандартам BASE-T, поддерживают функцию автосогласования. Это позволяет организациям постепенно повышать скорость и лучше контролировать капитальные затраты. В 2012 г. организация IEEE запустила официальный проект по определению стандарта использования витых пар для 40GBASE-T. Органы стандартизации кабелей также обновляют свои спецификации. TIA разрабатывает спецификации кабельных систем «категории 8», подходящих для 40GBASE-T. ISO/IEC разрабатывает аналогичный проект, целью которого является определение двух вариантов кабельных систем, которые будут поддерживать 40GBASE-T. Эти новые кабельные системы называются «класс I» (используются компоненты CAT6A с высокой пропускной способностью) и «класс II» (используются компоненты CAT7A с высокой пропускной способностью). Кроме того, ISO/IEC создает рекомендации по использованию существующих кабельных систем, например, класса FA, для работы с 40GBASE-T.
Одной из ключевых задач при создании стандартов Ethernet является определение подходящей полосы пропускания для передачи данных. Например, для 10GBASE-T используется полоса пропускания 400 МГц, это означает, что каждый герц частотного спектра несет примерно 25 бит бинарных данных, другими словами, использование пропускной способности канала составляет 25 бит/Гц. Схемы модуляции более высокого порядка и сложности могут увеличить использование пропускной способности. Существует максимальный предел пропускной способности канала, известный как пропускная способность по Шеннону.
Этот предел обусловлен электромагнитным шумом на канале. Шум возникает из внешних и внутренних источников. Примерами внутренних источников шума являются перекрестные помехи и возвратные потери. Устройства физического уровня Ethernet используют сложные методы обработки сигналов для прогнозирования и устранения воздействия внутренних источников шума, увеличивая тем самым пропускную способность канала. Однако, при этом повышается потребление энергии и, как следствие, тепловыделение.
Высокое энергопотребление было единственной важной причиной, по которой фактический уровень использования 10GBASE-T отстал от прогнозов, сделанных в 2006 г., когда стандарт был выпущен. Сегодня эта проблема в значительной степени решена благодаря инновационным конструкциям и достижениям в области полупроводниковых технологий.
Помня об этой проблеме с 10GBASE-T, специалисты, разрабатывающие стандарт 40GBASE-T, вынуждены значительно увеличить целевой показатель использования пропускной способности.
Однако 40G пропускает в четыре раза больше данных, чем 10G. Одним из способов передачи больших объемов данных без существенного изменения плотности модуляции является увеличение полосы пропускания. В данном случае это означает четырехкратное увеличение с 400 МГц до 1600 МГц. Очевидно, именно к этому движется стандарт 40GBASE-T.
Но существует проблема с увеличением полосы пропускания. В витых парах при увеличении частоты сигнал быстро ослабевает. Это означает, что сигнал, принимаемый на частоте 1600 МГц, значительно слабее, чем на частоте 100 МГц. Это явление накладывает ограничения на длину кабеля.
При использовании кабеля 100 м принимаемый сигнал на всех частотах будет тонуть в шуме. Поэтому приходится ограничивать максимальное поддерживаемое расстояние связи.
Положительным моментом является то, что длина большого процента кабелей связи в центрах обработки данных укладывается в ограничение 30 м. Исследования показали, что более 80% кабелей связи в ЦОДах имеют длину 30 м или менее, и поэтому могут использовать стандарт 40GBASE-T.
Хотя кабельные и полупроводниковые технологии поддерживают установление соединений Ethernet 40 Гбит/с на базе медных витых пар, их широкое распространение на рынке требует дополнительного рассмотрения. Одним из ключевых аспектов является наличие полевых тестеров для определения характеристик установленных кабелей и их сертификации на соответствие требованиям стандарта 40GbE. На данный момент самым мощным сертификатором для этих целей является Softing WireXpert 4500 (Рис.1) с полосой пропускания 2500 МГц.
Несмотря на рост беспроводной и волоконно-оптической инфраструктуры, в обозримом будущем медные кабели останутся основой среды передачи данных в корпоративных сетях. При проектировании инфраструктуры, которая будет использоваться в течение следующих 15-20 лет, необходимо учитывать тот факт, что с высокой долей вероятности в ближайшие 5-10 лет определение характеристик систем 40GBASE-T будет завершено и они получат широкое распространение. Обеспечение поддержки высоких скоростей передачи данных сопряжено с техническими проблемами, и одной из основных является сложность устройств физического уровня. Чтобы создать полную экосистему для внедрения таких технологий, как 40GBASE-T, отрасли потребуются кабельные системы, сетевые устройства, стандартизация, а также испытательные инструменты, подходящие для данной технологии. В прошлом полевые испытания в широкой полосе пропускания были ограничены несколькими факторами, но теперь как минимум один имеющийся в продаже полевой тестер позволяет сертифицировать кабели при использовании полосы пропускания, превышающей 2000 МГц, и, скорее всего, будет соответствовать требованиям к полевым испытаниям будущих систем 40GBASE-T.
Рис.1 Softing WireXpert 4500
Автор:
Томас Хюш (Thomas Hüsch),
техническая поддержка и обучение
Официальный русскоязычный ресурс компании Softing IT Networks (ранее Psiber Data GmbH).
Сайт поддерживается компанией ИМАГ, мастер-дистрибьютором Softing IT Networks.
© 2011-2024 EMAG. Все пpава защищены.
Приглашаем к информационному сотрудничеству всех заинтересованных в распространении информации о товарах Softing IT Networks.
