增强型6类布线系统与数据中心

2012-09-21莫仕商贸上海有限公司

智能建筑与智慧城市 2012年3期

文｜莫仕商贸（上海）有限公司周炜

随着虚拟化、云计算等技术及应用的推广，数据中心的架构和要求都发生了一些变化。虚拟化能够有效降低数据中心的运营和维护成本，虚拟化也促使了网络的物理平台进一步的融合。虚拟化将多种的应用、需求和虚拟系统融合到了统一的端口上，对于端口的网络带宽要求也大大增加。为了适应这种变化，数据中心10G网络端口的需求数量在不断上升。

为了能够提供更高的性能，服务器内的CPU数量不断增加，单颗CPU包含的核心也越来越多。性能的提高允许用户在单台服务器上部署更多的应用，多应用的服务器与有限数量的网络通信端口之间就出现了矛盾；同时虚拟化也使得用户可以在单台服务器上虚拟出多个虚拟机以实现节能和高效的运营。为了支持这样的应用，如果采用1G的以太网络端口，就不得不在单台服务器上安装多个端口，这样使得网络的结构和管理都非常复杂。为了简化网络管理，支持多业务、多虚拟机的应用，10G的端口就变得更有优势。

同时ISCSI、FCOE、NAS等技术的应用使得SAN/LAN融合成为趋势，这对于端口带宽的要求也大大增加。10G以太网在服务器端口的大范围应用也就成为了未来发展的趋势。相比1G以太网，采用10G以太网端口可以大幅降低网络结构的复杂性，降低维护和管理的成本。

根据IDC统计，2012～2013年10G端口在新销售的服务器上将会普及，如图1所示。

图1

目前，主流的10G以太网接口方式有10GBase-T 4对双绞线、10GBase-CX4、10GBase-SR、SFP+光纤组件（AOC）、SFP+铜缆组件（DAC）。其中最熟悉也是过去在1G以太网应用最广泛的是基于4对双绞线、RJ45端口的Base-T标准。在10GBase-T标准中，Cat.6 UTP/FTP和Cat.6A都可以支持一定长度下的10GBase-T传输。本文主要介绍Cat.6A布线系统在数据中心中支持10G以太网的优点以及与其他接口和标准的比较。

2009年TIA 568C.2标准发布以来，增强型6类布线系统已经在国内得到了广泛的应用。增强型6类布线系统对于10GBase-T的支持，也使得网络带宽要求较高的数据中心应用的占比逐步提升。那么相比其他布线系统，增强型6类布线系统可以为数据中心带来哪些优势以及在选型和应用中需要注意哪些地方？

首先我们来看一下传统的6类与增强型6类之间对于10GBase-T支持的差异。在IEEE 802.3an标准中，Cat.6和Cat.6A都可以支持10GBase-T在一定长度下的传输，但是长度有明显的差异。在IEEE 802.3an标准中Cat.6 UTP链路可以支持55m长度的10GBase-T传输，Cat.6A链路可以支持100m的长度，其中一个关键的指标或主要的差异来自于线间串扰。随着数字信号处理技术的进步，线缆内部的NEXT、FEXT、RL等干扰因素可以做到很好的抑制，但是线缆之间的互相干扰因为无法进行信号预测，所以线缆间的干扰就是一个必须要考虑的问题。

双绞线在传统数据中心里，一般应用在水平链路上，也就是HDA列头柜到EDA设备柜的那一段。这一段的线缆有几个突出的特点，一是距离短，一般从HDA到EDA的实际长度不会超过15m；二是密度高，一个EDA一般会有24～48根线缆，一个HDA在管理10～12个EDA的情况下，HDA端就会有250～500根线缆。

这两个特点就引出了一个问题，在如此短距离下根据IEEE 802.3an标准可以采用Cat.6类的系统来支持10GBase-T，那么在这种情况下Cat.6A是否还有用武之地？实际上，目前就这个问题并没有一个非常确切的答案或标准。就笔者而言，更推荐采用Cat.6A 类系统，原因如下：一是线缆间的串扰，前面提到在数据中心HDA端的线缆密度非常高，所以线间干扰的情况复杂，已经不是传统的“6包1”，可能是“11包1”、“23包1”、或“47包1” 甚至更多，在这么复杂的情况下，要用实际的测试来验证系统的可靠性是不可能的。二是10GBase-T采用了Power Back Off技术，也就是发射功率可调。在距离很短的情况下，如果不存在外界干扰，网络端口会调低发射功率，使系统信噪比处于够用状态，未留太多余量。不过存在这样的情况，使原先休眠的设备开启，因为此时在进行通信的过程中，端口发射的功率还是比较高的，这样会给周边的线缆带来较大的干扰，在极端的情况下，比如多台设备同时启动，对于同一捆线缆中的其他端口，就会产生比较强的干扰。因为存在线间串扰的因素，如果在数据中心要使用的更放心一点，还是采用针对线间串扰优化的Cat.6A类系统会比较好一些。另外10GBase-T以后，下一代的Base-T标准仍在讨论过程中，具体会是怎样的方式目前没有定论。不过根据研究，Cat.6A类特别是U/FTP或F/FTP类的线缆是有一定的升级能力，这类系统的余量是比较高。即使将来不能在100m长度下支持下一代Base-T的传输，但是在短距离下（40m以内），还是能实现的。所以说Cat.6A类系统有一定的升级能力。

目前在10GBase-T的应用下，还有其他类型的一些方式如SFP+、CX等，但是在千兆网络下，Base-T的端口是最普及的，所以到了10G以太网，10GBase-T采用RJ45接口也具有很好的兼容性。实际上目前千兆服务器端口仍然占了很大的比重，同时过去采购的一些服务器仍然在使用寿命内。另外如KVM、带外管理等系统很多也采用RJ45端口，所以在设计数据中心布线时，也需要考虑对这些系统的兼容性。为了减少系统的复杂性，Cat.6A类布线系统就是一个比较好的选择。

从施工角度考虑，增强型6类布线比6类是要困难一些，从图2中也可以明显的看出增强型6类线缆与6类线缆间尺寸的差异。这样的差异就使得在施工时的难度有所上升，较大的线径会导致线槽空间、承重、机柜内垂直走线空间等要求的上升。但是只要在数据中心设计之初就充分考虑到这些变化带来的影响，可以说这些问题在实际施工中并不会带来很大的麻烦。另外增强型6类系统还有一个屏蔽与非屏蔽的选择，可以说各有优点。屏蔽系统施工要困难一些，必须要保证端到端的屏蔽，同时要保证接地系统的良好，但是屏蔽系统可以免疫外界的干扰，基本上无需考虑线间串扰（屏蔽完整，接地良好），同时屏蔽系统在将来仍然有一定的升级空间。实际测试结果也证明，相同环境下，屏蔽系统内接收到的外界干扰信号比非屏蔽系统低15dB以上；非屏蔽系统的优势在于施工简单，与传统6类非屏蔽的施工没有太大的差异。

图2 增强型6类UTP/增强型6类FTP/6类UTP/超5类UTP 线缆 48根

相比10GBase-SR标准采用的光纤连接，增强型6类的施工要麻烦很多。目前在数据中心内比较主流的方式是采用预端接的光纤系统，安装快，即插即用，可以节省大量的施工时间。但是光纤连接的最大问题在于成本较高，目前就连接系统本身而言，相同长度的链路，对于10G以太网，采用MTP-MTP预端接系统的成本是增强型6类布线的3倍甚至更多。再加上光纤收发端口，与RJ45端口之间的成本差异，可以说采用增强型6类系统具有明显的成本优势。

因为增强型6类布线系统有着明显的优势，所以可以预计在将来数据中心的水平链路里会应用的越来越广泛。但是在ToR架构下，双绞线主要应用于机柜内的跳线连接，水平链路的应用非常少。在这样的应用下，目前有两种主要的端口选择：RJ45、SFP+。目前在服务器端比较主流的是SFP+万兆端口，根据Intel的调查报告可以看出，主要原因是RJ45端口万兆网卡的功耗和成本还比较高。DAC、10GBase-T、10GBase-SR的成本比较差不多是1:1.7:2的水平。同时SFP+端口的功耗也很低，网卡功耗只有5W左右，10GBaes-T端口的网卡功耗需要15W。但是Intel预计也随着10GBase-T网卡的大规模推广，成本将进一步降低，所以在未来的几年里，会出现DAC与10GBase-T端口数量旗鼓相当的局面，也就是说增强型6类跳线也会逐步的被大量采用。如图3所示。