增強型6類布線系統與數據中心

文｜莫仕商貿（上海）有限公司 周 煒

隨著虛擬化、云計算等技術及應用的推廣，數據中心的架構和要求都發生了一些變化。虛擬化能夠有效降低數據中心的運營和維護成本，虛擬化也促使了網絡的物理平臺進一步的融合。虛擬化將多種的應用、需求和虛擬系統融合到了統一的端口上，對于端口的網絡帶寬要求也大大增加。為了適應這種變化，數據中心10G網絡端口的需求數量在不斷上升。

為了能夠提供更高的性能，服務器內的CPU數量不斷增加，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器上部署更多的應用，多應用的服務器與有限數量的網絡通信端口之間就出現了矛盾；同時虛擬化也使得用戶可以在單臺服務器上虛擬出多個虛擬機以實現節能和高效的運營。為了支持這樣的應用，如果采用1G的以太網絡端口，就不得不在單臺服務器上安裝多個端口，這樣使得網絡的結構和管理都非常復雜。為了簡化網絡管理，支持多業務、多虛擬機的應用，10G的端口就變得更有優勢。

同時ISCSI、FCOE、NAS等技術的應用使得SAN/LAN融合成為趨勢，這對于端口帶寬的要求也大大增加。10G以太網在服務器端口的大范圍應用也就成為了未來發展的趨勢。相比1G以太網，采用10G以太網端口可以大幅降低網絡結構的復雜性，降低維護和管理的成本。

根據IDC統計，2012～2013年10G端口在新銷售的服務器上將會普及，如圖1所示。

圖1

目前，主流的10G以太網接口方式有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以太網應用最廣泛的是基于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布線系統在數據中心中支持10G以太網的優點以及與其他接口和標準的比較。

2009年TIA 568C.2標準發布以來，增強型6類布線系統已經在國內得到了廣泛的應用。增強型6類布線系統對于10GBase-T的支持，也使得網絡帶寬要求較高的數據中心應用的占比逐步提升。那么相比其他布線系統，增強型6類布線系統可以為數據中心帶來哪些優勢以及在選型和應用中需要注意哪些地方？

首先我們來看一下傳統的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，其中一個關鍵的指標或主要的差異來自于線間串擾。隨著數字信號處理技術的進步，線纜內部的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。

雙絞線在傳統數據中心里，一般應用在水平鏈路上，也就是HDA列頭柜到EDA設備柜的那一段。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IEEE 802.3an標準可以采用Cat.6類的系統來支持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，原因如下：一是線纜間的串擾，前面提到在數據中心HDA端的線纜密度非常高，所以線間干擾的情況復雜，已經不是傳統的“6包1”，可能是“11包1”、“23包1”、或“47包1” 甚至更多，在這么復雜的情況下，要用實際的測試來驗證系統的可靠性是不可能的。二是10GBase-T采用了Power Back Off技術，也就是發射功率可調。在距離很短的情況下，如果不存在外界干擾，網絡端口會調低發射功率，使系統信噪比處于夠用狀態，未留太多余量。不過存在這樣的情況，使原先休眠的設備開啟，因為此時在進行通信的過程中，端口發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，比如多臺設備同時啟動，對于同一捆線纜中的其他端口，就會產生比較強的干擾。因為存在線間串擾的因素，如果在數據中心要使用的更放心一點，還是采用針對線間串擾優化的Cat.6A類系統會比較好一些。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），還是能實現的。所以說Cat.6A類系統有一定的升級能力。

目前在10GBase-T的應用下，還有其他類型的一些方式如SFP+、CX等，但是在千兆網絡下，Base-T的端口是最普及的，所以到了10G以太網，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器端口仍然占了很大的比重，同時過去采購的一些服務器仍然在使用壽命內。另外如KVM、帶外管理等系統很多也采用RJ45端口，所以在設計數據中心布線時，也需要考慮對這些系統的兼容性。為了減少系統的復雜性，Cat.6A類布線系統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，較大的線徑會導致線槽空間、承重、機柜內垂直走線空間等要求的上升。但是只要在數據中心設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類系統還有一個屏蔽與非屏蔽的選擇，可以說各有優點。屏蔽系統施工要困難一些，必須要保證端到端的屏蔽，同時要保證接地系統的良好，但是屏蔽系統可以免疫外界的干擾，基本上無需考慮線間串擾（屏蔽完整，接地良好），同時屏蔽系統在將來仍然有一定的升級空間。實際測試結果也證明，相同環境下，屏蔽系統內接收到的外界干擾信號比非屏蔽系統低15dB以上；非屏蔽系統的優勢在于施工簡單，與傳統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。目前在數據中心內比較主流的方式是采用預端接的光纖系統，安裝快，即插即用，可以節省大量的施工時間。但是光纖連接的最大問題在于成本較高，目前就連接系統本身而言，相同長度的鏈路，對于10G以太網，采用MTP-MTP預端接系統的成本是增強型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類系統具有明顯的成本優勢。

因為增強型6類布線系統有著明顯的優勢，所以可以預計在將來數據中心的水平鏈路里會應用的越來越廣泛。但是在ToR架構下，雙絞線主要應用于機柜內的跳線連接，水平鏈路的應用非常少。在這樣的應用下，目前有兩種主要的端口選擇：RJ45、SFP+。目前在服務器端比較主流的是SFP+萬兆端口，根據Intel的調查報告可以看出，主要原因是RJ45端口萬兆網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，網卡功耗只有5W左右，10GBaes-T端口的網卡功耗需要15W。但是Intel預計也隨著10GBase-T網卡的大規模推廣，成本將進一步降低，所以在未來的幾年里，會出現DAC與10GBase-T端口數量旗鼓相當的局面，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類布線在數據中心里已經被大量的應用，隨著新數據中心建設的增加，增強型6類的占比會進一步增加。增強型6類有其優勢的一面，也有其不足的地方，所以在設計中，還是要根據具體的情況，來選擇適合自己的布線系統。