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迎接万兆时代的到来

发布时间:2017/9/29 11:32:55

       随着新技术的不断发展,在未来几年内,诸如 IP 网络传输语音(VoIP)、企业资源规划(ERP)、客户关系管理(CRM)、视频会议(Video conference),对网络主干带宽提出了严峻的挑战,越来越多的数据中心、存储局域网(SAN)等将会大量部署于万兆以太网。用户在部署万兆以太网时,首先需要保证网络的物理层基础必须能够提供足够的性能余量。


       铜缆的发展与以太网的技术发展密切相关。以太网技术可以追溯到上个世纪 70 年代,时至今日,以太网占据了全球局域网市场 90%以上的市场份额。在将近四十年的时间里,以太网网络速度从最初的 10Mbps, 发展到今天的 10Gbps,甚至40Gbps 和 100Gbps,并且继续以更快的速度向前发展和演变。网络速度的发展要求更高性能的布线系统, 2008 年 2 月,TIA 和 ISO 相继发布了Cat.6A/Class Ea 布线标准。


      为了满足未来数据中心及网络主干更高的传输速率要求,IEEE 于 2006 年成立了以太网高速研究工作小组(HSSG), 着手开发比 10G 以太网更快的网络技术,2008 年 1 月 IEEE 又成立了 802.3ba 工作组,同时负责 40G 以太网和 100G 以太网两个标准的制定,40G/100G 以太网正式的标准在 2010 年 6 月已经正式发布.ANSI/TIA 568-C(建筑设计遵循的布线标准)


      美国国家标准协会(ANSI)要求其下属委员会每 5 年对其持有的标准进行重审、修订或撤销工作。ANSI/TIA 568-C 是基于 ANSI/TIA 568-B 的全面更新,ANSI/TIA 568-C 发布后,ANSI/TIA 568-B 将不再使用,在ANSI/TIA 568-C定义了Cat.6A类系统信道、永久链路及元器件标准性能参数要求(如图1,图2)及采用的测试模型(图3)
TIA Cat.6A Channel


 
图1
TIA Cat.6A Perm.Link
 
图2
TIA Cat.6A 六包一测试模型

 
图3


IEEE 802.3an(网络设备遵循的应用标准)
IEEE 802.3的第 3 部分全称为:带冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD)的访问方法及物理层指标》,其中的第 4 节是对 10Gbps 以太网运行及其大多数物理层指标的一般规定,10Gbps 以太网使用 IEEE802.3 定义的 MAC 子层,通过 10Gb 介质独立界面(XGMII)连接至诸如:10GBASE-SR、10GBASE-LX4、10GBASE-CX4、10GBASE-LRM、10GBASE-LR、10GBASE-ER、10GBASE-SW、10GBASE-LW、10GBASE-EW 以及 10GBASE-T各类物理层实体。


10GBASE-T 的运行方式
以 太 网 运 行 时 , 10GBASE-T 在 平 衡 电 缆 的 4 对 线 芯 上 同 时 传 输2.5Gbps(2500Mb/s)数据,以达到 10Gbps 传输速率,如图4。每个线对上的信号采用 800M/s 符号调制率的基带 16 电平 PAM 信号。建立链路后,数据与控制符共同构成 512 个 DSQ128 符号的物理层数据帧,并在 4 个线对上以 4×256 PAM16编码方式连续传送。800M /s 符号调制率决定了符号周期为 1.25ns。


 
图4:10GBASE-T 全双工传输模式(参见标准 IEEE802.3an Figure 55-2)






影响电缆万兆网络性能主要问题
干扰 10GBASE-T 造成误码的噪声主要是串扰、链路回波干扰以及链路之间的耦合噪声,即外部串扰噪声(如图五)在 IEEE802.3an 标准中说明,外部串扰水平与相邻线缆和连接器的数量及距离相关,外部串扰的指标是综合外部串扰 PS ANEXT 与综合外部等效远端串扰PS AELFEXT,基于“6 包 1”模型进行计算的。

 


   图五:链路段间的外部串扰耦合(参见标准 IEEE802.3an Figure 55B–1)
此外 10GBASE-T 还会受以下噪声源影响:
1)在相同全双工信道(线对)上,来自本地传送器的回波。此类回波是由
混合器在建立数据同时双向传输,以及链路段阻抗不匹配时造成的。必须使用回
波消除方法对其进行抑制才能降低误码率。
2)在双工信道(线对)上,来自本地传送器近端串扰。每个接收器收到来
自其他 3 个邻近传送器的干扰。近端串扰可通过近端串扰消除处理器予以降低。
3)接收器收到双工信道(线对)的 3 个远端传送器的远端串扰。远端串扰
可通过交叉耦合均衡器予以降低。
4)符号间干扰(ISI)。符号间干扰是来自同一信道中,符号的发送信号与
另一符号的接收信号之间的干扰。10 GBASE-T 支持采用 Tomlinson-Harashima
预编码机制降低符号间干扰。
5)来自非理想状态的双工信道、传送器、接收器的噪声,例如:DAC/ADC
的非线性、电气噪声、非线性信道特性。10 GBASE-T 通过改变物理介质连接(PMA)
电气指标限制这些噪声的影响。
6)期望 10GBASE-T 的背景噪声不超过-150dBm/Hz,以便确定最小信噪比。

综上所述由于标准的健全及现在大数据,VR成为IT界的热词,给万兆传输普及带来强劲动力。根据Intel预测,10GBase-T份额将保持到44%,最终将成为主要的媒介选项。而据2017年上半年的ZDC统计数据可以发现,千兆端口设备虽然成为企业用户的主流标配。而万兆端口设备也逐步开始扩大占比如(图六)所以在不就的将来最终用户将彻底步入万兆时代


 
图六