10 Gigabit Ethernet rézkábelen: árnyékolatlanul, védelem nélkül?

Technikai információ 10 Gigabit Ethernet rézkábelen: árnyékolatlanul, védelem nélkül?

10 Gigabit Ethernet rézkábelen: árnyékolatlanul, védelem nélkül? 10 Gigabit Ethernet használata vizszintes kábelezésnél, csavart érpáras rézkábel használatával a munkaállomásig sok felhasználó álma, de a tervezők és az IT menedzserek rémálma. Ha most van szüksége LAN hálózati beruházásra, már nem kell megvárnia az erre vonatkoztó IEEE szabvány végleges változatát, csak döntenie kell: Cat. 6 árnyékolt vagy árnyékolatlan? Esetleg Cat. 7? Az IEEE 802.3ae, a 10 Gigabit Ethernet optikai szálra vonatkozó szabvány már 2002-től érvényben van. Azóta, ez az átfogó LAN protokol elterjedt WAN területen is. Ezzel összhangban, az optikai szál, mint átviteli közeg egyre elterjedtebb a MAN (Metropolitan Area Network) és az épületek közti illetve épületen belüli gerinckábelezésnél. De mind ár, mind kezelhetőség vonatkozásában, a vízszintes kábelezésnél a rézalapú átvitel kerül előtérbe. A tervezők és a számítástechnikai szakértők éppen ezért remélik, hogy a 10 Gigabit Ethernet rézkábelekre vonatkozó végleges szabványa, az IEEE 802.3an (10GBASE-T) 2006 júliusáig kihirdetésre kerül. Az alkalmazása világos. A 10GBASE-T lesz a leggazdaságosabb út a szerverek és az adatközpontok halmazában, középtávon kiszorítva az optikai megoldásokat. Az alternativ, 10GBASE-CX4 protokol sikere valószínütlen, mivel alkalmazásával az áthidalható távolság csak 15 méter. A 10GBASE-T jelentős mozgást fog előidézni a strukturált kábelezésben. A jövőorientált tervezők, akik számára elsődleges a kiépítendő rendszer biztonsága, meggyőződtek róla, hogy a nagyobb sávszélesség és a sávszélesség-tartalék elengedhetetlen. Szükség van rá, különös tekintettel a nyilvánvalóan nagyigényű alkalmazásokra mint például multimédiás vagy real-time kép-, és hangtovábbitásos folyamatokra. A háttérben folyó, láthatatlan alkalmazások, mint a VoIP, virus ellenőrzés, szoftver frissítés, szintén szükségessé teszi a sávszélesség növelését. Ezenfelül, a kábelezési infrastrukturának ki kell szolgálnia a mindenkori legújabb generációjú számítógépek és szoftverek igényeit is. Kábeli zűrzavar Dilemma elé kerül az, akinek most kell döntenie a kábelezési beruházásról. Ameddig az IEEE 802.3an nem lesz jóváhagyva, az ISO/IEC és az EIA/TIA szabványalkotó bizottságai nem képesek végleges kábelezésre vonatkozó előírásokkal előállni. A zűrzavart fokozta az EIA/TIA döntése az augmented vagy extended (megnövelt) Cat. 6/Class E elnevezés bevezetéséről, illetve a New Class E osztály megszületése az ISO/IEC-től. Mindazonáltal, ez a kavarodás előtérbe helyezte a végleges megoldás szükségességét, a lehető legtöbb szempont figyelembevételével. A politikus megoldás Amennyiben az IEEE 802.3an szabvány sikeres lesz, akkor annyi létező kábelezési rendszerrel kell együttműködnie, amennyivel csak lehetséges. Az összes berendezés, alkatrész és szoftvergyártó érdekelt ebben. Végül is, Cat. 5e/Class D besorolás még egy ilyen középutas megoldás volt az IEEE-től. Ez a vezérelv kell, hogy elhagyhassák a mélyebb technikai megfontolásokat. Techniikai információ: 10 GbE rézkábelen: árnyékolatlanul, védelem nélkül Page 3 / 9

A szabványositási folyamatban az IEEE kábelezési modellt alkotott, különböző határokkal (1. táblázat). Modell Kábel típus Áthidalható távolság 1 Class F 100 m 2 Class E UTP 55 m 3 Class E árnyékolt 100 m 4 Class E UTP, NEXT optimalizált 55 m és 100 m közt 1. táblázat: Kábelezési modellek az IEEE 802.3an, 2004 júliusi tervezetében Class E kábelezés használata elképzelhető, aminek nem kell feltétlenül árnyékoltnak lennie. Tény, hogy az árnyékolt (STP, shielded twisted pair) kábelezés csak a német nyelvterületen terjedt el általánosan, ismerve ezen országok alapos és magasszintű előírásait. Hagyományosan S/FTP kábelt használnak, ahol, a sodrott érpárakat aluminium folián (F) kívül egy közös ónozott fémszőttes harisnya is fedi (S). Francia területeken az U/FTP kábel a használatos, mely nélkülözi az érpárak közös árnyékolását. A világ többi, túlnyomó részén UTP (unshielded twisted pair) illetve precizebben U/UTP kábelt, kábelezést alkalmaznak. Elvben ezek a kábeltipusok mind megfelelhetnek a 10GBASE-T követelményeinek. A technikai megoldás Természetesen az igazi törekvés: beleszorítani a 10 Gbit/s sebességet az 500 MHz sávszélességbe. Ennek megvalósításához kellett megszervezni az adatáramlást a négy érpáron keresztül, egy szellemes kódolási eljárás (DSQ Double Square 128 pont használata, 16 x 16 / 2 bit felépítésben) és többszintes amplitudó modulátor (PAM16) használatával. Mindazonáltal az 500 MHz elérése nehéz feladat, mivel a csavart érpáras kábelek csillapítása nagyon magas. A beérkező jelek oly kicsik, hogy gyakorlatilag megkülönböztethetetlenek a zavarójelektől. Nem csoda ezek után, hogy a fejlesztők megtesznek mindent amit lehet az interferenciák kiküszöböléséért. A zajt a kábelen, és mint ilyenen, a 10GBASE-T link-en, el tudja nyomni az intelligens DSP (Digital Signal Processing) használata, mely gondoskodik a 10Gbit/s sebesség eléréséről a rézkábelen. De ez a rendszer a kábelen kivülről érkező zavarokkal szemben nem véd. Ezt a problémát csak valamilyen módon kompenzálni lehet. A probléma eredője az Alien NEXT (ANEXT), az áthallás a szomszédos kábelek és csatlakozó aljzatok között (1. kép). Ez jelentéktelen STP kábelezésnél. Árnyékolatlan kábelezés esetén azonban nem csak a kábeltől függ, hanem az egyenes (hosszútávú párhuzamos) kábelvezetés is fokozhatja. Ez a további probléma különösen kellemetlen, mert ez azt jelenti, hogy az adatátvitel hatékonysága függ az installált alkatrészek, különösen a kábel elhelyezésétől, vezetésétől, nemcsak az alkatrészek minőségétől. Techniikai információ: 10 GbE rézkábelen: árnyékolatlanul, védelem nélkül Page 4 / 9

ANEXT optimalizálás szabványosításon keresztül? 10GBASE-T protokolnál a kábel és egyéb alkatrészek sávszélességhatárait szükséges kibővíteni a mostani 250 MHz ről 500 MHz-re. Ez az a pont, ahol eltérő álláspontok vannak: az ISO/IEC a saját new Class E NEXT értékeit lineárisan extrapolálná, a TIA Cat. 6 augmented előírása mértéktartóbb, míg az IEEE még ennél is megengedőbb lenne 330 MHz felett, amit elfogadottnak tekinthetünk. (2. kép). Tisztáznunk kell: ezek az előirások amiket new -nak, vagy improved ( javított ) -nak neveznek,nem feltétlenül a kábelre vonatkoznak. A létező kábelezési rendszerek teljes mértékben kielégítik a 10 Gigabit igényeit. A kábelek és csatlakozók, melyek jók 250 MHz -ig, nem feltétlenül rosszak l500 MHz ig. Ez különösen igaz a jó minőségü STP (árnyékolt) installációkra. Mint megállapítható, a legnagyobb problémát nem a NEXT, hanem az Alien NEXT okozza. Nincs rá kötelező, reprodukálható mérési eljárás. A megfelelő tesztelési módszer meghatározásához nem elég ismerned a távolságot, amelyen a kábelek párhuzamosan futnak, hanem azt is, hogy milyen szorosan vannak egymáshoz. Paradox módon, ANEXT nagyobb problémát okoz a takaros, rendezett kábelezésnél, mint az eddig megszólt, spaghetti-szerűen összegabalyodó kábelvezetésnél. Kisérletképpen hagyományos UTP kábelekkel végeztünk méréseket a tesztlaboratóriumunkban, és 10dB ANEXT különbséget mutattunk ki a szorosan egymás mellett vezetett, illetve a 30cm-enként egymást keresztező kábelvezetés közt. ANEXT optimalizálás tervezéskor A kábel-, és csatlakozógyártók megpróbálnak a valóság talajára építkezni. A NEXT értékek javításához a legkönnyebb út az érpárok közti távolság megnövelése a kábelen belül. Az ANEXT és az egyéb hasonló zavarok ellen vastagabb külső kábelátmérővel és sűrűbb érpársodrással lehet harcolni. Ez az oka, hogy jónéhány optimizált UTP kábel átmérője eléri a 10 mm-t is! Ez a megoldás a patchpaneleknél és az aljzatoknál nagyobb csatlakozómodul távolságot követel. Egy kifinomult megközelítés, ha felhasználjuk az árnyékolás elveit, és alkalmazzuk azt az árnyékolatlan alkatrészeknél. A svájci Reichle&De-Massari kábelezési rendszergyártó és a norvég DRAKA kábelgyártó közösen dolgozott ki egy megoldást, mely részleges fólia kábelvédelmet alkalmaz. Ezek a fóliacikkelyek teljesen elkülönülnek egymástól és a külvilágtól, és elég rövidek ahhoz, hogy ne alakuljon ki áramhurok, és ne viselkedjenek antennaként. (4. kép). Az ehhez kapcsolódó csatlakozómodul fém házzal van ellátva. Ennek eredménye a jobb ANEXT érték, árnyékolás és földelés szükségessége nélkül. Pár szó a földelésről Ha nincs árnyékolásföldelés akkor nincs gond a földeléssel? Valójában az ellenkezője az igaz. Ha a kábelt földelt fémcsatornába fektetjük, a közös módusú csatolás válik a legjelentősebb veszélyforrássá. Egy magas minőségű árnyékolt kábelnek tipikusan 40dB-es közös módusú elnyomási aránya van a földhöz képest, míg egy árnyékolatlan kábel alig éri el a 10 db-t. Így amíg STP kábel még eltűri a környező földelési rendszerből érkező 2.5 V-os zavarjelet 100 MHz-nél, eközben az UTP kábel 100 MHznél csak 0.05 V-osat visel el! Egy következetes földelési elv, amely megfelel az EN50174-2 és EN50310 szabványoknak ezért alapvető, főleg az UTP rendszereknél. Techniikai információ: 10 GbE rézkábelen: árnyékolatlanul, védelem nélkül Page 5 / 9

Cat6 árnyékolt vagy árnyékolatlan? Ha már van egy letelepített Cat6 UTP hálózata, amin szeretne üzemeltetni 10GBASE-T protkolt, újra kell mérni, és ahol szükséges, javításokat kell végezni. Az ISO/IEC TR 24750 és a TIA TSB 155 írja le a telepítési követelményeket és az ANEXT optimilizálás érdekében végrehajtható jobbító eljárásokat. Sajnos, nagyon gyakran előfordul, hogy ezek a bizonyos módosítások, vagy azok egy része nem megvalósítható. Amennyiben 100% biztonsággal szeretne 10GBASE-T-t használni, akkor a speciálisan erre tervezett UTP kábelezést, vagy még job, ha STP megoldást választ már a kezdetekkor. Ez azt jelenti, hogy nem fog függni a fent emlitett procedurától. Ilyenkor nem csak az anyagköltség, amit figyelembe kell venni, hanem a teljes költséget -beleértve a kockázat analízist. Cat.6 árnyékolt alkatrészekből felépülő rendszer gondoskodik 10 Gigabit lehetőségéről a tulajdonságainál fogva, ellenben az UTP összetevőkből álló teljesítménye csak akkor lesz elfogadható, amennyiben a telepítés tökéletesen lett végrehajtva. Miért nem Cat7? Az nem kérdéses, hogy köszönhetően a csökkentett csillapításának és a tökéletes árnyékolási tulajdonságának a Cat. 7 kábel megfelel a jövő teljesítménykihívásainak, és a többletköltsége elhanyagolható az összköltséghez képest. A probléma a Cat.7-es csatlakozóval van. Két tipus van szabványosítva, de ezek kölcsönösen inkompatibilisek: az IEC 60603-7-7 RJ45-ös felületen alapul, az IEC 61076-3-104 egy teljesen új megoldást kínál. Ez azt jelenti, hogy bármelyik rendszert választja a kettő közül, mindegyik megoldás sok hátránnyal jár. A végberendezések még hosszú ideig nem lesznek képesek fogadni a Cat7-es csatlakozót és dugót, ezért hibrid patchkábelt kell használni hozzá. És mint tudjuk, ha csak az egyik végén is RJ45-ös dugót használunk, az csak Cat6-os channelt eredményezhet. Techniikai információ: 10 GbE rézkábelen: árnyékolatlanul, védelem nélkül Page 6 / 9

1 kép. Alien NEXT, áthallás a szomszédos kábeleken, a kábelkötegben. Ez az azonos szinű érpárak közt a legerősebb, köszönhető az azonos sodratmagasságnak. IEEE802.3an vs. ISO/IEC vs. CENELEC vs. TIA Channel NEXT values (March 2005) NEXT (db) -20.00-25.00-30.00 IEEE 802.3an, TIA TSB-155, ISO/IEC TR, CENELEC TR TIA Cat 6 Augmented ISO/IEC New Class E -35.00-40.00 100 1000 Frequency (MHz) 2 kép. Channel NEXT határértékek, ahogy azt a különböző szabványosítási testületek elképzelik (2005 márciusi állapot). Techniikai információ: 10 GbE rézkábelen: árnyékolatlanul, védelem nélkül Page 7 / 9

3 kép. Alien NEXT kritikus lehet, amikor hosszútávon, sok árnyékolatlan kábel fut párhuzamosan egymás mellett, mint például egy felszálló zonában. 4 kép. Az új megoldás: UTP kábel szakaszos árnyékolása. (Foto: R&M) 100.0 PS ANEXT Global Rack 8 Victims Around 1 UTP 90.0 80.0 70.0 [db] 60.0 50.0 40.0 PSANEXT PSANEXT 12 PSANEXT 36 PSANEXT 45 PSANEXT 78 30.0 20.0 10.0 0.0 1.00 10.00 100.00 1000.00 Frequency [MHz] 5. kép. A hagyományos Cat.6 UTP kábel és csatlakozó nem képes megbírkózni a PS (power sum) ANEXT követelményeivel. Techniikai információ: 10 GbE rézkábelen: árnyékolatlanul, védelem nélkül Page 8 / 9

PS ANEXT Global Rack 8 Victims Around 1 Real10 UTP 100.0 90.0 80.0 70.0 [db] 60.0 50.0 40.0 PSANEXT PSANEXT 12 PSANEXT 36 PSANEXT 45 PSANEXT 78 30.0 20.0 10.0 0.0 1.00 10.00 100.00 1000.00 Frequency [MHz] 6 kép. Az újfajta árnyékolással ellátott, optimalizált Cat. 6 UTP kábel és csatlakozó a határértékeken belül 100.0 PS ANEXT Global Rack 8 Victims Around 1 Real10 STP 90.0 80.0 70.0 [db] 60.0 50.0 40.0 PSANEXT PSANEXT 12 PSANEXT 36 PSANEXT 45 PSANEXT 78 30.0 20.0 10.0 0.0 1.00 10.00 100.00 1000.00 Frequency [MHz] 7 kép. A csúcsminőségű Cat. 6 S/FTP kábel és csatlakozó sokkal nagyobb tartalékkal rendelkezik, mint bármelyik másik megoldás. Minden grafikon: R&M 8 kép. RJ45 csatlakozó modul: Cat. 6 Real10 UTP és Cat. 6 Real10 STP Techniikai információ: 10 GbE rézkábelen: árnyékolatlanul, védelem nélkül Page 9 / 9