萬兆銅纜布線系統(tǒng)及跳線探討.docxVIP

萬兆銅纜布線系統(tǒng)及跳線探討前言當(dāng)一些用戶還在擔(dān)心云計(jì)算數(shù)據(jù)中心是否安全時(shí)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)世界已經(jīng)悄然進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，大數(shù)據(jù)時(shí)代不僅僅擁有數(shù)不勝數(shù)的海量數(shù)據(jù)，更重要的是要在海量數(shù)據(jù)里面找到數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在相關(guān)性，通過分析數(shù)據(jù)的相關(guān)性來對各類事件進(jìn)行預(yù)測。要在全球龐大的數(shù)據(jù)體系內(nèi)發(fā)現(xiàn)某些數(shù)據(jù)的內(nèi)在相關(guān)性，這就要求服務(wù)器具有更強(qiáng)大的處理能力，同時(shí)需要更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬來支持。因此充分利用云計(jì)算技術(shù)的大數(shù)據(jù)時(shí)代對于網(wǎng)絡(luò)帶寬提出更高要求：接入將以萬兆為主、主干也將更多采用40G/100G，服務(wù)器將進(jìn)入萬兆時(shí)代。隨著Intel在2012年推出的萬兆服務(wù)器平臺(tái)Romley以及10GBase-T單芯片網(wǎng)絡(luò)控制器以來，萬兆以太網(wǎng)在服務(wù)器端的部署和應(yīng)用進(jìn)入了快速發(fā)展的軌道。根據(jù)Intel的市場預(yù)測，2013年10GBase-T在萬兆以太網(wǎng)中所占的比例將達(dá)到44%。Netgear推出的全新萬兆銅纜10GBase-T交換機(jī)，其在能耗和價(jià)格方面的優(yōu)勢為中小型網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)萬兆接入成為可能。咨詢公司CrehanResearch認(rèn)為，價(jià)格實(shí)惠、低能耗產(chǎn)品的出現(xiàn)將促進(jìn)10GBase-T的應(yīng)用，10GBase-T萬兆銅纜交換機(jī)的出貨量預(yù)計(jì)在未來的五年內(nèi)將有四十倍的增長。Cat6A銅纜布線系統(tǒng)性能特征采用Cat6A銅纜布線系統(tǒng)作為傳輸介質(zhì)的10GBase-T以太網(wǎng)，因其在技術(shù)方面承襲了以往的各類以太網(wǎng)，具有向下兼容1000Base-Tx、100Base-T等以太網(wǎng)的特點(diǎn)，用戶在升級(jí)網(wǎng)絡(luò)時(shí)無需擔(dān)心既有的程序或者服務(wù)是否會(huì)收到影響，極大的保護(hù)了用戶的前提投資，同時(shí)其設(shè)備端口仍然采用RJ45連接器進(jìn)行系統(tǒng)的連接，在安裝和維護(hù)方面具有非常明顯的優(yōu)勢，因而被認(rèn)為將是主要的萬兆以太網(wǎng)傳輸方式。對于銅纜布線系統(tǒng)來說，萬兆布線系統(tǒng)與以往各類布線系統(tǒng)相比，一方面其工作頻率達(dá)到500MHz，相鄰線纜間帶來的外部串?dāng)_（主要是ANEXT近端外部串?dāng)_和AFEXT遠(yuǎn)端外部串?dāng)_）等是不可忽視的，尤其對于非屏蔽Cat6A系統(tǒng)的影響非常明顯。因此Cat6A銅纜在設(shè)計(jì)時(shí)就需要考慮復(fù)雜的外部串?dāng)_問題，如水平電纜方面，Cat6A銅纜尤其是非屏蔽產(chǎn)品采用了各種方式來解決外部串?dāng)_：如改善隔離骨架的結(jié)構(gòu)、優(yōu)化電纜外護(hù)套等，如圖一。圖一超六類非屏蔽電纜結(jié)構(gòu)示意圖萬兆銅纜布線系統(tǒng)的現(xiàn)場測試與驗(yàn)收也與以往銅纜布線系統(tǒng)相差很大，比如除需要測試并記錄以往單一鏈路的傳輸性能外，還需要增加“6+1”外部串?dāng)_的測試。在當(dāng)前狀況下，外部串?dāng)_測試需要采用專門的測試模塊、且測試時(shí)間很長（一個(gè)完整的雙向測試需近20分鐘），同時(shí)要求測試人員具有更高的專業(yè)技能，因此多采用抽測的方式完成，即在項(xiàng)目中選取一定量的最差線對（最差線對的選擇本文不作介紹）來進(jìn)行測試，從而判斷整個(gè)項(xiàng)目所有鏈路的性能是否合格。由于施工過程中存在諸多不可控因素，測試時(shí)選定的最差線對有時(shí)并不是真正的最差線對，因此不能和以往的銅纜布線系統(tǒng)一樣準(zhǔn)確判斷整個(gè)項(xiàng)目中所有鏈路的性能狀況。鑒于此，在對綜合布線系統(tǒng)要求較高的萬兆銅纜布線中，建議優(yōu)先采用屏蔽銅纜布線系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，屏蔽銅纜在抗擊外部串?dāng)_方面的性能比標(biāo)準(zhǔn)要求最少多出1020dB的余量。以FLUKE為例的外部串?dāng)_測試模型如圖二。圖二外部串?dāng)_測試模型除Cat6A銅纜可以支持萬兆傳輸外，Cat6、Cat7等布線系統(tǒng)都可以支持萬兆以太網(wǎng)的應(yīng)用。Cat6布線系統(tǒng)根據(jù)目前的測試支持萬兆傳輸?shù)木嚯x僅能達(dá)到37米，很難滿足傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心EOR網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及大多數(shù)樓宇水平布線的距離要求，因此不適合用作萬兆以太網(wǎng)的物理傳輸介質(zhì)；Cat7布線系統(tǒng)目前ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)承認(rèn)的接口（GG45、Tera）與RJ45不能兼容，在網(wǎng)絡(luò)升級(jí)時(shí)無法確保用戶的前期投資得到保護(hù)，將以ANSI/TIA-568-C.2-1標(biāo)準(zhǔn)號(hào)發(fā)布、支持40GBase-T傳輸協(xié)議的Cat8布線系統(tǒng)仍然采用RJ45連接器，導(dǎo)致Cat7布線系統(tǒng)處于一個(gè)比較尷尬的位置，目前也較少被用作為萬兆以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)。因此Cat6A布線系統(tǒng)是當(dāng)前10GBase-T最為理想的傳輸介質(zhì)，可充分滿足數(shù)據(jù)中心EOR、TOR等不同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及傳統(tǒng)樓宇水平布線的需求。為解決與ANSI/TIA-568-C.2-1標(biāo)準(zhǔn)定義用于傳輸40G的RJ45連接器兼容，ISO/IECJTC1SC25WG3于2013年2月底在墨西哥伊斯坦帕召開的第54次會(huì)議上，其中ISO/IEC11801-99-1“平衡雙絞線支持40G傳輸規(guī)范”技術(shù)報(bào)告草案定義了兩種信道模型來支持40G傳輸規(guī)范，包括IEC60607-3-81定義的、帶寬擴(kuò)展到2GHz的新型RJ45連接器和IEC61076-3-104定義的、帶寬擴(kuò)展到2GHz的Cat7ATera連接器。Cat6A跳線在萬兆銅纜布線系統(tǒng)中的作用作為10GBase-T主要傳輸介質(zhì)的萬兆銅纜（以下稱Cat6A）布線系統(tǒng)，組成整個(gè)傳輸通道的所有組件性能都將對傳輸質(zhì)量帶來極大的影響，比如：水平線纜、模塊、配線架以及跳線等。作為綜合布線系統(tǒng)直接連接終端設(shè)備與交換機(jī)的跳線，對整個(gè)萬兆傳輸鏈路具有極大的影響。與水平線纜需要預(yù)先敷設(shè)與線槽、管道、橋架等區(qū)域不同，跳線一般情況下只在同一機(jī)柜內(nèi)或墻面與桌面之間進(jìn)行跳接，安裝、維護(hù)相對要簡單的多。因此在千兆及以下以太網(wǎng)的綜合布線系統(tǒng)中，跳線常被置于次要的位置。與我們所知道的木桶短板效應(yīng)類似，綜合布線整條物理鏈路的傳輸性能也取決于整條鏈路中的最差組件性能。綜合布線項(xiàng)目中銅纜布線系統(tǒng)的驗(yàn)收測試包括兩種方法：Perm.Link永久鏈路測試、Channel信道測試。由于信道測試的結(jié)果中包含2條測試跳線的性能（測試跳線與工作跳線的性能可能會(huì)有差異），而Perm.Link永久鏈路測試的是水平鏈路模塊至模塊之間的性能、測試中未引入任何可能影響鏈路的測試跳線，其更能真實(shí)的反應(yīng)水平線纜和模塊組成的鏈路性能水平，因此當(dāng)前項(xiàng)目驗(yàn)收更多選用Perm.Link測試模型。為確保端到端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通訊鏈路的性能良好（即標(biāo)準(zhǔn)中定義的Channel信道），除水平鏈路采用永久鏈路“Perm.Link”測試模型外，用戶跳線應(yīng)采用跳線單體“Patchcord”模型測試并滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。Perm.Link永久鏈路測試模型Channel信道測試模型在實(shí)際項(xiàng)目的驗(yàn)收測試中，以選擇FLUKEDTX1800測試儀為例，不同測試模型對應(yīng)FLUKE的測試適配器如表1。表1FLUKE不同測試模型適配器（Cat6A）測試模型Perm.LinkChannelPatchCord適配器DTX-PLA002DTX-CHA002DTX-PC6A/MNDTX-PC6A/SR備注外加2條測試跳線主機(jī)端遠(yuǎn)端跳線性能的好壞除將影響綜合布線整條鏈路的傳輸性能外，不合格的跳線在使用中還可能對設(shè)備端口造成極大的損害。如接口類型為RJ45的以太網(wǎng)NIC（即服務(wù)器和PC機(jī)上的以太網(wǎng)適配器），當(dāng)用于連接的跳線RJ45水晶頭在物理尺寸上存在缺陷時(shí)，一方面可能損壞服務(wù)器/PC機(jī)等設(shè)備的NIC網(wǎng)卡，另一方面也會(huì)損壞水平鏈路上的RJ45模塊。在已經(jīng)使用10GBase-T以太網(wǎng)的部分云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，除采用了傳統(tǒng)的EOR網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)外，部分區(qū)域也采用了EOR+TOR的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這一網(wǎng)路架構(gòu)將列頭柜HDA分散到各個(gè)機(jī)柜的頂端，網(wǎng)絡(luò)跳線直接在接入交換機(jī)與服務(wù)器設(shè)備之間進(jìn)行跳接，這對跳線的傳輸性能及RJ45水晶頭的安裝質(zhì)量等提出了更高的要求。Cat6A銅纜跳線的特點(diǎn)除傳輸性能必須符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的“PatchCord”性能外，跳線同時(shí)要求具有更好的柔軟性，要獲得更好的傳輸性能需要考慮增加導(dǎo)體的線徑，線徑越大線纜的柔軟性將會(huì)越差。因此跳線線纜的導(dǎo)體一般采用比對應(yīng)類別水平線纜線徑更小、多股絞合的銅絲，根據(jù)TIA-568-C.2的相關(guān)規(guī)定，環(huán)境溫度在20度的情況下，水平線纜部分要求直流電阻不得大于93.8/km、而跳線線纜的直流電阻值則為不大于140/km，這也就從標(biāo)準(zhǔn)方面為跳線采用更細(xì)的導(dǎo)體提供了依據(jù)。根據(jù)對稱電纜特性阻抗ZC的計(jì)算公式（此公式適用于非屏蔽）或（此公式適用于屏蔽）ZC特性阻抗對絞芯線兩導(dǎo)體中心間距d導(dǎo)體外徑DS屏蔽層內(nèi)徑要使跳線線纜的特性阻抗保持不變，在導(dǎo)體線徑更小的情況下，可以通過降低電纜的等效介電常數(shù)來獲得這一目標(biāo)。而降低等效介電常數(shù)最常用的方法之一就是采用絕緣發(fā)泡技術(shù)。e等效介電常數(shù)材料介電常數(shù)P發(fā)泡度%，它表示泡沫介質(zhì)內(nèi)所有小氣泡的體積與絕緣總體積之比由于Cat6A跳線的工作頻率要達(dá)到500MHz，用于制作跳線的線纜衰減值相比較六類在相同頻率（100250MHz）下要求降低45%，絕緣發(fā)泡技術(shù)恰恰是降低線纜衰減常數(shù)的理想手段之一。外部串?dāng)_問題不僅僅存在于水平線纜部分，跳線同樣也需要考慮來自相鄰跳線的外部串?dāng)_。跳線線纜設(shè)計(jì)時(shí)除應(yīng)考慮衰減常數(shù)更低外，同時(shí)還應(yīng)采用合適的方案來消除相鄰跳線引起的外部串?dāng)_。由于要確保成品跳線的柔軟性，因此屏蔽和非屏蔽Cat6A跳線線纜都應(yīng)盡量不采用增加線纜硬度的填充骨架，如通過采用線對屏蔽的方式來消除相鄰跳線的影響等，見圖三。圖三跳線線纜結(jié)構(gòu)圖10GBase-T因其可以兼容之前的以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)以及千兆以太網(wǎng)，對應(yīng)連接跳線的另一關(guān)鍵部件RJ45水晶頭、其外形尺寸與普通水晶頭必須完全兼容。這就要求Cat6A水晶頭在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮：在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)性能至少提升至在500MHz頻率下實(shí)現(xiàn)萬兆傳輸，同時(shí)解決高頻下線對間以及來自外部線纜的串?dāng)_。因此水晶頭除結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)要求更加精確外，對其塑體材料的可塑性、韌性、強(qiáng)度、耐磨性等也提出了更高的要求。內(nèi)部塑體經(jīng)過改良后的RJ45水晶頭可以在500MHz頻率下實(shí)現(xiàn)更加安全可靠的萬兆傳輸，如圖四。圖四改良后的RJ45水晶頭內(nèi)部塑體在確保用于跳線的線纜和水晶頭性能良好的前提下，并不意味著就一定能獲得性能良好的Cat6A跳線。跳線制作過程中線對絞距松開的長度、壓接工裝的穩(wěn)定性、水晶頭金片預(yù)埋深度以及金片刺破芯線的均勻性等，不僅對Cat6A跳線的性能具有很大的影響，還會(huì)對跳線的接觸可靠性產(chǎn)生很大的影響。除此之外，尾套注膠壓力、制作人員的技術(shù)熟練度也會(huì)對跳線的質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。良好跳線的線對安裝以及金片刺破芯線效果，如圖五。圖五線對安裝及金片刺破芯線效果圖跳線的在線檢測也是確保成品質(zhì)量的重要手段之一，根據(jù)統(tǒng)計(jì)在工裝設(shè)備良好的狀態(tài)下，一個(gè)熟練技術(shù)人員的一次通過率也僅在85%左右（采用跳線單體PatchCord測試標(biāo)準(zhǔn)），換句話說如果不采用PatchCord在線監(jiān)測跳線的性能狀態(tài)，最起碼將有15%左右的跳線不良品被使用到綜合布線鏈路中去。結(jié)束語在千兆以太網(wǎng)以及之前，幾乎每個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理人員都擁有現(xiàn)場自制跳線的技能（所有自制跳線幾乎都會(huì)忽略測試的過程）。在網(wǎng)絡(luò)接線正確就能正常使用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，自制跳線的確為用戶節(jié)省了一些采購成品跳線的費(fèi)用，然而卻為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行埋下了隱患：性能較差的自制跳線導(dǎo)致部分具有自適應(yīng)功能的網(wǎng)