增強型6類布線系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心

文｜莫仕商貿(mào)（上海）有限公司 周 煒

隨著虛擬化、云計算等技術(shù)及應(yīng)用的推廣，數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)和要求都發(fā)生了一些變化。虛擬化能夠有效降低數(shù)據(jù)中心的運營和維護成本，虛擬化也促使了網(wǎng)絡(luò)的物理平臺進一步的融合。虛擬化將多種的應(yīng)用、需求和虛擬系統(tǒng)融合到了統(tǒng)一的端口上，對于端口的網(wǎng)絡(luò)帶寬要求也大大增加。為了適應(yīng)這種變化，數(shù)據(jù)中心10G網(wǎng)絡(luò)端口的需求數(shù)量在不斷上升。

為了能夠提供更高的性能，服務(wù)器內(nèi)的CPU數(shù)量不斷增加，單顆CPU包含的核心也越來越多。性能的提高允許用戶在單臺服務(wù)器上部署更多的應(yīng)用，多應(yīng)用的服務(wù)器與有限數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)通信端口之間就出現(xiàn)了矛盾；同時虛擬化也使得用戶可以在單臺服務(wù)器上虛擬出多個虛擬機以實現(xiàn)節(jié)能和高效的運營。為了支持這樣的應(yīng)用，如果采用1G的以太網(wǎng)絡(luò)端口，就不得不在單臺服務(wù)器上安裝多個端口，這樣使得網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和管理都非常復(fù)雜。為了簡化網(wǎng)絡(luò)管理，支持多業(yè)務(wù)、多虛擬機的應(yīng)用，10G的端口就變得更有優(yōu)勢。

同時ISCSI、FCOE、NAS等技術(shù)的應(yīng)用使得SAN/LAN融合成為趨勢，這對于端口帶寬的要求也大大增加。10G以太網(wǎng)在服務(wù)器端口的大范圍應(yīng)用也就成為了未來發(fā)展的趨勢。相比1G以太網(wǎng)，采用10G以太網(wǎng)端口可以大幅降低網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，降低維護和管理的成本。

根據(jù)IDC統(tǒng)計，2012～2013年10G端口在新銷售的服務(wù)器上將會普及，如圖1所示。

圖1

目前，主流的10G以太網(wǎng)接口方式有10GBase-T 4對雙絞線、10GBase-CX4、10GBase-SR、SFP+光 纖 組 件（AOC）、SFP+銅纜組件（DAC）。其中最熟悉也是過去在1G以太網(wǎng)應(yīng)用最廣泛的是基于4對雙絞線、RJ45端口的Base-T標準。 在10GBase-T標 準 中，Cat.6 UTP/FTP和Cat.6A都可以支持一定長度下的10GBase-T傳輸。本文主要介紹Cat.6A布線系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心中支持10G以太網(wǎng)的優(yōu)點以及與其他接口和標準的比較。

2009年TIA 568C.2標準發(fā)布以來，增強型6類布線系統(tǒng)已經(jīng)在國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。增強型6類布線系統(tǒng)對于10GBase-T的支持，也使得網(wǎng)絡(luò)帶寬要求較高的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的占比逐步提升。那么相比其他布線系統(tǒng)，增強型6類布線系統(tǒng)可以為數(shù)據(jù)中心帶來哪些優(yōu)勢以及在選型和應(yīng)用中需要注意哪些地方？

首先我們來看一下傳統(tǒng)的6類與增強型6類之間對于10GBase-T支持的差異。在IEEE 802.3an標準中，Cat.6和Cat.6A都可以支持10GBase-T在一定長度下的傳輸，但是長度有明顯的差異。在IEEE 802.3an標準中Cat.6 UTP鏈路可以支持55m長度的10GBase-T傳輸，Cat.6A鏈路可以支持100m的長度，其中一個關(guān)鍵的指標或主要的差異來自于線間串?dāng)_。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的進步，線纜內(nèi)部的NEXT、FEXT、RL等干擾因素可以做到很好的抑制，但是線纜之間的互相干擾因為無法進行信號預(yù)測，所以線纜間的干擾就是一個必須要考慮的問題。

雙絞線在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心里，一般應(yīng)用在水平鏈路上，也就是HDA列頭柜到EDA設(shè)備柜的那一段。這一段的線纜有幾個突出的特點，一是距離短，一般從HDA到EDA的實際長度不會超過15m；二是密度高，一個EDA一般會有24～48根線纜，一個HDA在管理10～12個EDA的情況下，HDA端就會有250～500根線纜。

這兩個特點就引出了一個問題，在如此短距離下根據(jù)IEEE 802.3an標準可以采用Cat.6類的系統(tǒng)來支持10GBase-T，那么在這種情況下Cat.6A是否還有用武之地？實際上，目前就這個問題并沒有一個非常確切的答案或標準。就筆者而言，更推薦采用Cat.6A 類系統(tǒng)，原因如下：一是線纜間的串?dāng)_，前面提到在數(shù)據(jù)中心HDA端的線纜密度非常高，所以線間干擾的情況復(fù)雜，已經(jīng)不是傳統(tǒng)的“6包1”，可能是“11包1”、“23包1”、或“47包1” 甚至更多，在這么復(fù)雜的情況下，要用實際的測試來驗證系統(tǒng)的可靠性是不可能的。二是10GBase-T采用了Power Back Off技術(shù)，也就是發(fā)射功率可調(diào)。在距離很短的情況下，如果不存在外界干擾，網(wǎng)絡(luò)端口會調(diào)低發(fā)射功率，使系統(tǒng)信噪比處于夠用狀態(tài)，未留太多余量。不過存在這樣的情況，使原先休眠的設(shè)備開啟，因為此時在進行通信的過程中，端口發(fā)射的功率還是比較高的，這樣會給周邊的線纜帶來較大的干擾，在極端的情況下，比如多臺設(shè)備同時啟動，對于同一捆線纜中的其他端口，就會產(chǎn)生比較強的干擾。因為存在線間串?dāng)_的因素，如果在數(shù)據(jù)中心要使用的更放心一點，還是采用針對線間串?dāng)_優(yōu)化的Cat.6A類系統(tǒng)會比較好一些。另外10GBase-T以后，下一代的Base-T標準仍在討論過程中，具體會是怎樣的方式目前沒有定論。不過根據(jù)研究，Cat.6A類特別是U/FTP或F/FTP類的線纜是有一定的升級能力，這類系統(tǒng)的余量是比較高。即使將來不能在100m長度下支持下一代Base-T的傳輸，但是在短距離下（40m以內(nèi)），還是能實現(xiàn)的。所以說Cat.6A類系統(tǒng)有一定的升級能力。

目前在10GBase-T的應(yīng)用下，還有其他類型的一些方式如SFP+、CX等，但是在千兆網(wǎng)絡(luò)下，Base-T的端口是最普及的，所以到了10G以太網(wǎng)，10GBase-T采用RJ45接口也具有很好的兼容性。實際上目前千兆服務(wù)器端口仍然占了很大的比重，同時過去采購的一些服務(wù)器仍然在使用壽命內(nèi)。另外如KVM、帶外管理等系統(tǒng)很多也采用RJ45端口，所以在設(shè)計數(shù)據(jù)中心布線時，也需要考慮對這些系統(tǒng)的兼容性。為了減少系統(tǒng)的復(fù)雜性，Cat.6A類布線系統(tǒng)就是一個比較好的選擇。

從施工角度考慮，增強型6類布線比6類是要困難一些，從圖2中也可以明顯的看出增強型6類線纜與6類線纜間尺寸的差異。這樣的差異就使得在施工時的難度有所上升，較大的線徑會導(dǎo)致線槽空間、承重、機柜內(nèi)垂直走線空間等要求的上升。但是只要在數(shù)據(jù)中心設(shè)計之初就充分考慮到這些變化帶來的影響，可以說這些問題在實際施工中并不會帶來很大的麻煩。另外增強型6類系統(tǒng)還有一個屏蔽與非屏蔽的選擇，可以說各有優(yōu)點。屏蔽系統(tǒng)施工要困難一些，必須要保證端到端的屏蔽，同時要保證接地系統(tǒng)的良好，但是屏蔽系統(tǒng)可以免疫外界的干擾，基本上無需考慮線間串?dāng)_（屏蔽完整，接地良好），同時屏蔽系統(tǒng)在將來仍然有一定的升級空間。實際測試結(jié)果也證明，相同環(huán)境下，屏蔽系統(tǒng)內(nèi)接收到的外界干擾信號比非屏蔽系統(tǒng)低15dB以上；非屏蔽系統(tǒng)的優(yōu)勢在于施工簡單，與傳統(tǒng)6類非屏蔽的施工沒有太大的差異。

圖2 增強型6類UTP/增強型6類FTP/6類UTP/超5類UTP 線纜 48根

相比10GBase-SR標準采用的光纖連接，增強型6類的施工要麻煩很多。目前在數(shù)據(jù)中心內(nèi)比較主流的方式是采用預(yù)端接的光纖系統(tǒng)，安裝快，即插即用，可以節(jié)省大量的施工時間。但是光纖連接的最大問題在于成本較高，目前就連接系統(tǒng)本身而言，相同長度的鏈路，對于10G以太網(wǎng)，采用MTP-MTP預(yù)端接系統(tǒng)的成本是增強型6類布線的3倍甚至更多。再加上光纖收發(fā)端口，與RJ45端口之間的成本差異，可以說采用增強型6類系統(tǒng)具有明顯的成本優(yōu)勢。

因為增強型6類布線系統(tǒng)有著明顯的優(yōu)勢，所以可以預(yù)計在將來數(shù)據(jù)中心的水平鏈路里會應(yīng)用的越來越廣泛。但是在ToR架構(gòu)下，雙絞線主要應(yīng)用于機柜內(nèi)的跳線連接，水平鏈路的應(yīng)用非常少。在這樣的應(yīng)用下，目前有兩種主要的端口選擇：RJ45、SFP+。目前在服務(wù)器端比較主流的是SFP+萬兆端口，根據(jù)Intel的調(diào)查報告可以看出，主要原因是RJ45端口萬兆網(wǎng)卡的功耗和成本還比較高。DAC、10GBase-T、10GBase-SR的成本比較差不多是1:1.7:2的水平。同時SFP+端口的功耗也很低，網(wǎng)卡功耗只有5W左右，10GBaes-T端口的網(wǎng)卡功耗需要15W。但是Intel預(yù)計也隨著10GBase-T網(wǎng)卡的大規(guī)模推廣，成本將進一步降低，所以在未來的幾年里，會出現(xiàn)DAC與10GBase-T端口數(shù)量旗鼓相當(dāng)?shù)木置?，也就是說增強型6類跳線也會逐步的被大量采用。如圖3所示。

圖3

增強型6類布線在數(shù)據(jù)中心里已經(jīng)被大量的應(yīng)用，隨著新數(shù)據(jù)中心建設(shè)的增加，增強型6類的占比會進一步增加。增強型6類有其優(yōu)勢的一面，也有其不足的地方，所以在設(shè)計中，還是要根據(jù)具體的情況，來選擇適合自己的布線系統(tǒng)。