萬(wàn)兆銅纜布線(xiàn)
當(dāng)一些用戶(hù)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(guò)分析數(shù)據(jù)的相關(guān)性來(lái)對(duì)各類(lèi)事件進(jìn)行預(yù)測(cè)。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(lái)支持。因此一舟充分利用云計(jì)算技術(shù)的大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)于網(wǎng)絡(luò)帶寬提出更高要求：接入將以萬(wàn)兆為主、主干也將更多采用40G/100G，服務(wù)器將進(jìn)入萬(wàn)兆時(shí)代。
隨著Intel在2012年推出的萬(wàn)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(lái)，萬(wàn)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(chǎng)預(yù)測(cè)，2013年10GBase-T在萬(wàn)兆以太網(wǎng)中所占的比例將達(dá)到44%。Netgear推出的全新萬(wàn)兆銅纜10GBase-T交換機(jī)，其在能耗和價(jià)格方面的優(yōu)勢(shì)為中小型網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)萬(wàn)兆接入成為可能。咨詢(xún)公司Crehan Research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(wàn)兆銅纜交換機(jī)的出貨量預(yù)計(jì)在未來(lái)的五年內(nèi)將有四十倍的增長(zhǎng)。
Cat6A銅纜布線(xiàn)系統(tǒng)性能特征
采用Cat6A銅纜布線(xiàn)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(lèi)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(hù)在升級(jí)網(wǎng)絡(luò)時(shí)無(wú)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(hù)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(shì)，因而被認(rèn)為將是主要的萬(wàn)兆以太網(wǎng)傳輸方式。
對(duì)于銅纜布線(xiàn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，萬(wàn)兆布線(xiàn)系統(tǒng)與以往各類(lèi)布線(xiàn)系統(tǒng)相比，一方面其工作頻率達(dá)到500MHz，相鄰線(xiàn)纜間帶來(lái)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(duì)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(wèn)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(lái)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 一舟超六類(lèi)非屏蔽電纜結(jié)構(gòu)示意圖
萬(wàn)兆銅纜布線(xiàn)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與驗(yàn)收也與以往銅纜布線(xiàn)系統(tǒng)相差很大，比如除需要測(cè)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(cè)試。在當(dāng)前狀況下，外部串?dāng)_測(cè)試需要采用專(zhuān)門(mén)的測(cè)試模塊、且測(cè)試時(shí)間很長(zhǎng)(一個(gè)完整的雙向測(cè)試需近20分鐘)，同時(shí)要求測(cè)試人員具有更高的專(zhuān)業(yè)技能，因此多采用抽測(cè)的方式完成，即在項(xiàng)目中選取一定量的最差線(xiàn)對(duì)(最差線(xiàn)對(duì)的選擇本文不作介紹)來(lái)進(jìn)行測(cè)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(guò)程中存在諸多不可控因素，測(cè)試時(shí)選定的最差線(xiàn)對(duì)有時(shí)并不是真正的最差線(xiàn)對(duì)，因此不能和以往的銅纜布線(xiàn)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(duì)綜合布線(xiàn)系統(tǒng)要求較高的萬(wàn)兆銅纜布線(xiàn)中，建議優(yōu)先采用屏蔽銅纜布線(xiàn)系統(tǒng)，通過(guò)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10~20dB的余量。以FLUKE為例的外部串?dāng)_測(cè)試模型如圖二。
除Cat6A銅纜可以支持萬(wàn)兆傳輸外，Cat6、Cat7等布線(xiàn)系統(tǒng)都可以支持萬(wàn)兆以太網(wǎng)的應(yīng)用。Cat6布線(xiàn)系統(tǒng)根據(jù)目前的測(cè)試支持萬(wàn)兆傳輸?shù)木嚯x僅能達(dá)到37米，很難滿(mǎn)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(xiàn)的距離要求，因此不適合用作萬(wàn)兆以太網(wǎng)的物理傳輸介質(zhì);Cat7布線(xiàn)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(wú)法確保用戶(hù)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(xiàn)系統(tǒng)仍然采用RJ45連接器，導(dǎo)致Cat7布線(xiàn)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(wàn)兆以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)。因此Cat6A布線(xiàn)系統(tǒng)是當(dāng)前10GBase-T最為理想的傳輸介質(zhì)，可充分滿(mǎn)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(xiàn)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/IEC JTC1 SC25 WG3于2013年2月底在墨西哥伊斯坦帕召開(kāi)的第54次會(huì)議上，其中ISO/IEC11801-99-1“平衡雙絞線(xiàn)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(lái)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Cat7A Tera連接器。
Cat6A跳線(xiàn)在萬(wàn)兆銅纜布線(xiàn)系統(tǒng)中的作用
作為10GBase-T主要傳輸介質(zhì)的萬(wàn)兆銅纜(以下稱(chēng)Cat6A)布線(xiàn)系統(tǒng)，組成整個(gè)傳輸通道的所有組件性能都將對(duì)傳輸質(zhì)量帶來(lái)極大的影響，比如：水平線(xiàn)纜、模塊、配線(xiàn)架以及跳線(xiàn)等。作為綜合布線(xiàn)系統(tǒng)直接連接終端設(shè)備與交換機(jī)的跳線(xiàn)，對(duì)整個(gè)萬(wàn)兆傳輸鏈路具有極大的影響。與水平線(xiàn)纜需要預(yù)先敷設(shè)與線(xiàn)槽、管道、橋架等區(qū)域不同，跳線(xiàn)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(duì)要簡(jiǎn)單的多。因此在千兆及以下以太網(wǎng)的綜合布線(xiàn)系統(tǒng)中，跳線(xiàn)常被置于次要的位置。
與我們所知道的木桶短板效應(yīng)類(lèi)似，綜合布線(xiàn)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(xiàn)項(xiàng)目中銅纜布線(xiàn)系統(tǒng)的驗(yàn)收測(cè)試包括兩種方法：Perm. Link永久鏈路測(cè)試、Channel 信道測(cè)試。由于信道測(cè)試的結(jié)果中包含2條測(cè)試跳線(xiàn)的性能(測(cè)試跳線(xiàn)與工作跳線(xiàn)的性能可能會(huì)有差異)，而Perm. Link永久鏈路測(cè)試的是水平鏈路模塊至模塊之間的性能、測(cè)試中未引入任何可能影響鏈路的測(cè)試跳線(xiàn)，其更能真實(shí)的反應(yīng)水平線(xiàn)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(cè)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(cè)試模型外，用戶(hù)跳線(xiàn)應(yīng)采用跳線(xiàn)單體“Patch cord”模型測(cè)試并滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的要求。
Channel 信道測(cè)試模型
在實(shí)際項(xiàng)目的驗(yàn)收測(cè)試中，以選擇FLUKE DTX1800測(cè)試儀為例，不同測(cè)試模型對(duì)應(yīng)FLUKE的測(cè)試適配器如表1。
跳線(xiàn)性能的好壞除將影響綜合布線(xiàn)整條鏈路的傳輸性能外，不合格的跳線(xiàn)在使用中還可能對(duì)設(shè)備端口造成極大的損害。如接口類(lèi)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(xiàn)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(xiàn)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(duì)跳線(xiàn)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(xiàn)的特點(diǎn)
除傳輸性能必須符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 “Patch Cord”性能外，跳線(xiàn)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(xiàn)徑，線(xiàn)徑越大線(xiàn)纜的柔軟性將會(huì)越差。因此跳線(xiàn)線(xiàn)纜的導(dǎo)體一般采用比對(duì)應(yīng)類(lèi)別水平線(xiàn)纜線(xiàn)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(xiàn)纜部分要求直流電阻不得大于93.8Ω/km、而跳線(xiàn)線(xiàn)纜的直流電阻值則為不大于140Ω/km，這也就從標(biāo)準(zhǔn)方面為跳線(xiàn)采用更細(xì)的導(dǎo)體提供了依據(jù)。
要使跳線(xiàn)一舟線(xiàn)纜的特性阻抗保持不變，在導(dǎo)體線(xiàn)徑更小的情況下，可以通過(guò)降低電纜的等效介電常數(shù)來(lái)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)。
εe—等效介電常數(shù)
ε—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(xiàn)的工作頻率要達(dá)到500MHz，用于制作跳線(xiàn)的線(xiàn)纜衰減值相比較六類(lèi)在相同頻率(100~250MHz)下要求降低4~5%，絕緣發(fā)泡技術(shù)恰恰是降低線(xiàn)纜衰減常數(shù)的理想手段之一。
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外部串?dāng)_問(wèn)題不僅僅存在于水平線(xiàn)纜部分，跳線(xiàn)同樣也需要考慮來(lái)自相鄰跳線(xiàn)的外部串?dāng)_。跳線(xiàn)線(xiàn)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(lái)消除相鄰跳線(xiàn)引起的外部串?dāng)_。由于要確保成品跳線(xiàn)的柔軟性，因此屏蔽和非屏蔽Cat6A跳線(xiàn)線(xiàn)纜都應(yīng)盡量不采用增加線(xiàn)纜硬度的填充骨架，如通過(guò)采用線(xiàn)對(duì)屏蔽的方式來(lái)消除相鄰跳線(xiàn)的影響等，見(jiàn)圖三。
圖三 跳線(xiàn)線(xiàn)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(duì)應(yīng)連接跳線(xiàn)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(wàn)兆傳輸，同時(shí)解決高頻下線(xiàn)對(duì)間以及來(lái)自外部線(xiàn)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(duì)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(guò)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(wàn)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(xiàn)的線(xiàn)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(xiàn)。跳線(xiàn)制作過(guò)程中線(xiàn)對(duì)絞距松開(kāi)的長(zhǎng)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(xiàn)的均勻性等，不僅對(duì)Cat6A跳線(xiàn)的性能具有很大的影響，還會(huì)對(duì)跳線(xiàn)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(duì)跳線(xiàn)的質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。良好跳線(xiàn)的線(xiàn)對(duì)安裝以及金片刺破芯線(xiàn)效果，如圖五。
圖五 線(xiàn)對(duì)安裝及金片刺破芯線(xiàn)效果圖
跳線(xiàn)的在線(xiàn)檢測(cè)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(guò)率也僅在85%左右(采用跳線(xiàn)單體Patch Cord測(cè)試標(biāo)準(zhǔn))，換句話(huà)說(shuō)如果不采用Patch Cord在線(xiàn)監(jiān)測(cè)跳線(xiàn)的性能狀態(tài)，最起碼將有15%左右的跳線(xiàn)不良品被使用到綜合布線(xiàn)鏈路中去。
結(jié)束語(yǔ)
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(chǎng)自制跳線(xiàn)的技能(所有自制跳線(xiàn)幾乎都會(huì)忽略測(cè)試的過(guò)程)。在網(wǎng)絡(luò)接線(xiàn)正確就能正常使用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，自制跳線(xiàn)的確為用戶(hù)節(jié)省了一些采購(gòu)成品跳線(xiàn)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(xiàn)導(dǎo)致部分具有自適應(yīng)功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在千兆和百兆之間來(lái)回切換，機(jī)械壓接不到位的自制跳線(xiàn)更是令網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)時(shí)斷時(shí)續(xù)的致命故障。根據(jù)市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由于物理鏈路引起故障中，其中的75%是來(lái)自于跳線(xiàn)。
作為萬(wàn)兆銅纜布線(xiàn)系統(tǒng)重要組成部分的Cat6A跳線(xiàn)，在萬(wàn)兆以太網(wǎng)的傳輸過(guò)程中起著舉足輕重的作用。其不僅要求組成跳線(xiàn)的線(xiàn)纜和水晶頭具有更好性能和精度，同時(shí)用于加工壓接工裝、操作人員的技術(shù)熟練度、過(guò)程監(jiān)測(cè)等等都提出了更高的要求，因此Cat6A跳線(xiàn)應(yīng)避免采用現(xiàn)場(chǎng)制作，不要因?yàn)樾⌒√€(xiàn)而給昂貴的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備造成極大的影響。
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