CC BY
65Тестирование медных кабелей
с завтрашней скоростью уже сегодня
Питер ШВАИГЕР (Peter SCHWEiGER)
peter_schweiger@agilent.com
В статье рассмотрены преимущества и тенденции тестирования структурированных кабельных систем на предмет возможности работы с максимальными скоростями, даже если интерфейсы с этими скоростями еще не реализованы и вряд ли появятся в ближайшие годы.
Применение структурированных кабельных систем (СКС) в современных зданиях продолжает расширяться. Этому способствует активное применение систем безопасности, таких как средства управления доступом и 1Р-видеокамеры. Получившая всеобщее признание 1Р-телефония и расширение полосы информационных сетей, вызванное появлением мощных компьютеров и ростом популярности видеоприложений, также являются весомыми аргументами в пользу прокладки стационарных проводных сетей. Сегодня даже малые предприятия зависят от эффективной и надежной сети Ethemet. Беспроводные сети, которые долгие годы были самым слабым звеном и самым медленным сетевым элементом, начинают соперничать с проводными сетями. Новые наборы микросхем для недавно принятого стандарта 802.11п поддерживают скорость 300 Мбит/с, поэтому во избежание снижения общей скорости сопряженные с ними кабельные сети должны работать на гигабитных скоростях.
Хотите узнать будущее? Оглянитесь в прошлое
Прошлое с очевидностью показывает, что скорость сети Ethemet неуклонно растет, и эта тенденция сохранится в дальнейшем.
Рост скоростей передачи данных в структурированных кабельных системах обусловлен снижением удельной стоимости вычислительной мощности компьютеров, ростом объема таких накопителей информации, как флэш-диски и жесткие диски, а также растущей потребностью в широкополосном доступе. Сегодня в стандартную конфигурацию всех ПК входят сетевые карты, работающие со скоростью 10/100/1000 Мбит/с. Широкое распространение нового высокоскоростного интерфейса обычно отстает от появления первых образцов на срок от 2 до 5 лет. Однако анализ этапов развития показывает, что медная сеть Ethemet на 10 Гбит/с должна появиться очень скоро:
• Выпущен стандарт IEEE 802.3an на сеть Ethernet со скоростью передачи 10 Гбит/с (июнь 2006 г.)
• Ассоциация телекоммуникационной промышленности (TIA) публикует документ TSB-155. В нем приведен подробный обзор минимальных характеристик и тестов, необходимых для реализации 10 Гбит/с Ethernet на основе существующих кабельных систем категории 5e и 6 с ограничением по длине (март 2007 г.)
• Группа TIA TR-42 публикует документ 568-B.2-10, содержащий технические характеристики и описания тестов для кабеля категории 6A, который должен поддерживать 10 Гбит/с Ethernet на витой неэкрани-рованной паре (UTP) длиной 100 м (март 2008 г.)
• В настоящее время уже начат выпуск сетевых карт 10 Гбит/с Ethernet для структурированных кабельных систем.
Новость о сети Gigabit Ethernet не так уж и нова
Скорость 1 Гбит/с, или 1000 Мбит/с, считалась наиболее высокой из всех когда-либо существовавших скоростей Ethernet, хотя сейчас это утверждение уже не кажется столь очевидным. Эта скорость способствовала широкому распространению недорогих сетей широкополосного доступа и даже заставила многих провайдеров отказаться от классических каналов T1 и SONET, поскольку Gigabit Ethernet может обеспечить внутренних и внешних потребителей более высокими скоростями, удельная стоимость которых на порядок меньше. Аналогичным образом невысокая цена и технические характеристики привели к тому, что до последнего времени современный рынок структурированных медных кабельных систем признавал только кабель категории 5e и выше, который соответствует минимальным требованиям, необходимым для поддержки скоростей 1 Гбит/с. Свыше 90% современных СКС состоят из ка-
беля UTP категории 5e или 6. Для проверки способности кабеля работать на гигабитной скорости необходимо измерять его параметры в диапазоне частот от 1 до 100 МГц.
10 Гбит/с Ethernet реален
Компании строят структурированные кабельные системы для организации телефонных сетей, передачи данных, а теперь и для обеспечения защищенной связи в пределах здания. Но при этом они ожидают, что инвестиции в эти приложения будут работать, по крайней мере, от 5 до 10 лет. На рис. 1 показано, что действующим сегодня СКС придется работать с приложениями, которые не существовали в момент их построения. Учитывая, что стандарт 10 Гбит/с Ethernet уже определен и реализован в изделиях, можно предположить, что достаточно активная эксплуатация каналов 10 Гбит/с Ethernet начнется в ближайшие 5 лет.
Если организации, ответственные за построение структурированных кабельных систем, уже сейчас будут тестировать медные кабели на максимально возможной скорости, это продлит срок службы сетей при одновременном снижении эксплуатационных расходов и повышении прибыли на инвестированный капитал. Скорее всего, это утверждение станет общепринятым в ближайшем будущем, а сейчас проверка способности кабелей передавать трафик 10 Гбит/с Ethernet позволит максимально продлить срок их службы.
На рис. 2 показаны тесты, необходимые для Ethernet разных скоростей.
Кабель категории 5e специально предназначен для Gigabit Ethernet, поэтому для сертификации сети нужно выполнять тесты на максимальной частоте 100 МГц. Кабель категории 6 обладает лучшими электрическими характеристиками (стойкость к шумам и т. п.) и сертифицируется на частотах до 250 МГц, хотя ни одно из распространенных приложений такую полосу не использует. 10 Гбит/с Ethernet (10GBaseT) требует
Мы находимся здесь
Xerox строит локальную сеть Ethernet на 100 ПК
Принят
стандарт
10base5
Принят
стандарт
10baseT
Принят стандарт на 1-гигабитный Ethernet для оптоволоконных кабелей
Принят стандарт на 10-гигабитный Ethernet для оптоволоконных кабелей
Принят стандарт на 10-гигабитный Ethernet для медных кабелей
Принят стандарт на медный кабель категории 6А (Е№егпеі 10 Гбит/с по витой паре иТР длиной 100 м)
Планируется реализация медного Ethernet на 40/100 Гбит/с
н—і—і—і—і—і—і—і—h
і і і і .—і
1973
Боб Меткальф из компании Xerox изобретает Ethernet
1976
1980 1983 1986
1991
DEC, Intel и Xerox выпускают стандарт Ethernet 10 Мбит/с
Принят
стандарт
10base2
1995
Принят
стандарт
100baseT
1998 1999
Принят стандарт на 1-гигабитный Ethernet для медных кабелей
2002
2006 2007 20082009 2010
Принят стандарт на 10-гигабитный Ethernet
Планируется реализация оптического Ethernet на
для кабелей 40/100 Гбит/с категории 5Е и б
2014
Планируется реализация Ethernet на 1 Тбит/с
Рис. 1. История развития сети Ethernet
• Разводка разъема кабеля
• Длина
• Затухание
• Переходные помехи на ближнем конце
• Задержка
• Сдвиг по фазе
• Потери на отражение
• Переходные помехи на дальнем конце
• Переходные помехи от других кабелей
Рис. 2. Тесты, необходимые для Ethernet разных скоростей
(МГц) 100 200 300 400
601-------------------------------------------------------------------------------------------------
500 МГц
Рис. 3. График затухания сигнала в кабеле
Измерения параметров кабеля
Категория 5Е 100 МГц Категория б 250 МГц Fast Е (100baseT) Gig Е (1000baseT)
Категория 6А 500 МГц 10 Гбит/с Ethernet (10GbaseT)
ґ?
г
измерения параметров каждой медной пары на частоте не менее 500 МГц и, кроме того, имеет дополнительные спецификации, нормирующие восприимчивость каждой пары к переходным помехам, создаваемым парами соседних кабелей. Этот параметр называется «Переходные помехи от других кабелей».
Последнее поколение тестеров для сертификации кабелей может проверять кабельные сети на частоте до 500 МГц, необходимой для подтверждения способности кабеля работать на скорости 10 Гбит/с. Некоторые тестеры могут даже выполнять тесты на частоте до 1000 МГц, что необходимо для проверки будущих стандартов, подобных категории 7А. Эти тестеры последнего поколения могут выполнять такие тесты без потери времени, что не приводит к удорожанию сети, а также измерять переходные помехи от других кабелей.
На рис. 3 приведен типовой пример затухания сигнала в кабеле, демонстрирующий тестирование на частоте до 500 МГц. Красная ли-
ния показывает предел, за который не должны выходить 4 измеряемые медные пары.
Сертификация кабеля на высоких частотах не вызывает затруднений, если в тестере выбран соответствующий стандарт TIA. Существует отдельная граничная линия для сертификации кабеля категории 6A, поддерживающего 10 Гбит/с Ethernet при длине до 100 м, которая отличается от граничной линии для тестирования все еще популярного кабеля категории 6, поддерживающего эту скорость при длине до 55 м. Кроме того, тестеры могут оценивать характеристики кабеля согласно спецификациям IEEE для разных скоростей Ethernet, используя для этого одни и те же данные, что повышает уверенность в способности кабельной сети работать на более высоких скоростях, чем скорости, которые будут проверяться во время приемо-сдаточных испытаний.
Если использован кабель высокого качества и сеть проложена правильно, с соблюдением ограничений на длину сегментов,
большинство кабелей успешно проходят испытание на передачу сигналов 10GBaseT. Но поскольку сигналы с частотами выше 300 МГц начинают излучаться кабелем и влиять на соседние кабели, эта помеха зачастую ограничивает возможность применения кабеля для передачи со скоростью 10 Гбит/с. Методы решения этой проблемы описаны в документе TIA-TSB-155 и включают перемежающуюся установку коммутационных панелей для 10-гигабитных линий, применение кабельных разъемов новой конструкции и неплотное связывание жгутов с меньшим числом кабелей.
Следует учесть, что не всегда причиной проблем 10-гигабитных линий является соседний кабель. Отношение сигнала к шуму в кабеле может уменьшаться из-за воздействия присутствующих в здании электромагнитных помех (внешних шумов), создаваемых компьютерным оборудованием, осветительными приборами, электродвигателями и т. п. Применение тестера, способного из-
10 500
100 МГц
Рис. 4. График внешнего шума
мерять спектр внешних шумов, позволяет обнаружить и решить эту проблему до того, как она отрицательно скажется на работе кабеля. На рис. 4 представлен график, полученный в ходе такого измерения. И снова красная линия показывает верхний предел внешнего шума, необходимый для работы 10-гигабитной сети.
Сервисы тоже можно проверять заранее
Хотя надлежащая сертификация кабельной сети может гарантировать поддержку
высоких скоростей, сеть состоит не только из кабелей. После того как сеть построена и запущена, рекомендуется использовать специальное контрольно-измерительное оборудование для проверки ее способности работать с определенными сервисами, такими как VOIP или быстрая передача файлов. Этим сервисам нужна не только скорость, но и малые задержки, джиттер и потери пакетов, вызванные совместной работой сетевых элементов. Возможно, ваше оборудование для сертификации СКС можно обновить до проверки сервисов.
Заключение: поступайте правильно уже сейчас
Проверка возможности структурированных кабельных систем работать с более высокими скоростями Ethernet столь же логична, как и планирование демонтажа. Высокие скорости уже применяются, а кабельная сеть легко проверяется с помощью текущего поколения сертификационных приборов. Все, что для этого нужно, — это выбрать тестер, поддерживающий тестирование на высоких частотах, и настроить режим автоматического тестирования на соответствующий стандарт. Изготовители контрольно-измерительного оборудования потратили много времени на поиск решения, способного ускорить монтаж и упростить поддержку кабельной сети вплоть до момента ее демонтажа. n
