万兆铜缆布线系统的应用与思考

　　前言

　　基于云计算、物联网等新技术的不断发展和应用，网络对于带宽的需求越来越高，尤其在云计算环境下的数据中心将大量基于虚拟化技术，从而最大化的提高服务器设备的利用率，这就需要更高的带宽布线系统来支持云计算数据中心的网络通信，10G（万兆以太网）应用已经成为主流，40G/100G作为云计算数据中心主干的发展也将越来越多的被成为用户关注与试用。

　　随着ISO/IEC11801以及ANSI/TIA568C.2等主流标准对万兆铜缆性能的定义，基于铜缆作为传输介质的万兆以太网已经大量应用于各类数据中心的布线中，加上铜产品设备在成本上的绝对优势，与千兆以太网类似的、万兆铜缆（超六类铜缆）将在万兆以太网的传输介质上占有相当的优势。

　　一、万兆以太网的发展状况

　　自上世纪70年代提出并实现以来，以太网凭借自身的技术优势占据了全球局域网市场90%以上的份额，从最初的不到10M发展到了现在的10G。

　　随着数字图书馆、在线影视欣赏、网络教学、视频会议以及BT下载等新技术的大规模应用，甚至由于病毒导致的带宽占用，都令用户的网络系统对于带宽的需求越来越高，传统的千兆网络已经无法满足支持现代应用技术的需求，不仅仅数据中心的主干网络要求万兆以太网的支持，当前相当多楼宇布线的数据主干网络也已经开始大量采用万兆以太网。

　　根据英特尔的预测2011年万兆端口使用量将突破500万，IDC预计到2013年万兆以太网出货量会首次超过千兆网。对于服务器端口方面，根据一份来自Intel&Broadcom在2007年的预测报告可以看出：在未来的5年里，万兆服务器设备将得到大规模的使用，如图1。

　　来自数据分析研究机构的市场分析数据也表明万兆以太网在数据中心的大规模应用，根据CrehanResearch的市场分析报告，目前全球大约安装了1.70亿个1GbE数据中心和服务器级端口，大约安装了2500万个10GbE端口、10GbE目前仅占所有已安装的以太网端口的13%。CrehanResearch预计2012年10GbE将增至年度市场总出货量的37%，到2014年它将成为占据统治地位和事实上的数据中心网络连接；TheLinleyGroup今年1月的分析报告也预测10GbE将会有很大的增长，预计到2014年10GbE网卡/LOM（LanOnMotherboard，主板自带以太网接口）的出货量将超过1600万。

　　为满足不同领域应用以及相关传输条件的要求，自2002年第一个万兆以太网标准IEEE802.3ae发布以来，IEEE又分别于2004年推出802.3ak，2006年发布802.3an、802.3aq以及2007年的802.3ap等一系列的万兆以太网标准规范。再加上其他相关规范，万兆以太网的相关标准超过10个，按照不同的应用范围可以分为三类：1、基于光纤的局域网万兆以太网规范；2、基于双绞线的局域网万兆以太网规范；3、基于光纤的广域网万兆以太网规范。各种万兆以太网传输协议之间的对比关系见表1。

　　二、万兆铜缆布线系统的应用

　　2002年颁布的IEEE802.3ae万兆以太网标准是基于以光纤为传输介质传输10Gb的数据流，但由于成本的原因极大地限制了这项技术的发展和应用。在2006年万兆的光交换机端口的发货量只有30万，相比同时期1000Base-T每个月就有5-6百万端口的发货量。

　　为加快万兆以太网技术的应用并降低成本，以满足将来网络技术及应用的发展需求，在2002年末，10GBase-T委员会主席Mr.BradBooth召集了一次会议，提出了发展基于100米双绞线应用的万兆以太网新标准。在经过4年的讨论和发展后，最终在2006年颁布了IEEE802.3an基于10GBase-T规范的万兆以太网新标准，10GBase-T传输协议下的万兆以太网成本只有10GBase-SR的60%左右、得到了非常明显的降低。标准制定者依靠：损耗消除、模拟到数字转换、线缆增强和编码改进4项技术构件使10GBase-T变为现实。

　　10GBase-T万兆以太网可提供10倍于千兆以太网的传输带宽，也提供了诸多面向虚拟机的传输特性，此外10GBase-T依然采用传统的RJ45作为其连接器，连接器的安装和维护都非常方便，同时又很好的兼容了以往的千兆、百兆以太网络，因此10GBase-T被认为是未来市场上最有可能大规模采用的万兆技术。因此对应于10GBase-T采用的RJ45接口方式，万兆铜缆（水平双绞线）在万兆以太网传输介质中所占的比例将大大增加，根据Intel的市场预测在2012年10GBase-T在万兆以太网中所占的比例将达到36%、2013年这一比例还会进一步扩大到44%。

　　一份基于数据中心应用的、来自FTM咨询公司发布的数据也说明：在数据中心布线中，铜缆布线相对于光缆布线所占比例更高。报道称：中小型数据中心以铜缆布线为主，只有大型数据中心才主要选择光缆布线，通过分析发现到2015年：中小型数据中心布线将达到58亿美元的投资额，而大型数据中心的布线投资额只有约26亿美元。

　　另外还有来自相关标准方面的要求，目前主要针对数据中心设计的相关标准对于传输介质方面的选择，万兆铜缆（Cat6A）也已经是数据中心铜缆布线系统的首要选择。

　表2数据中心布线系统传输介质选择等级要求

　　　无论是来自设备厂家如Intel等的市场预测、专业咨询机构如FTM的市场分析数据，还是根据相关国内外标准对传输介质的要求，我们都能看出万兆铜缆在万兆以太网应用中都将占有相当大的比例，万兆铜缆的应用前景依然非常乐观。

　　三、万兆铜缆布线系统的思考

　　作为万兆以太网传输介质之一的万兆铜缆，和以往双绞线最大的区别就在于需要解决外部串扰（AXT）的影响，外部串扰被认为是万兆以太网最重要的噪声来源、具有统计随机性，其引起的危害无法通过网络设备上的DSP（数字信号处理器）得以消除。随着万兆端口出货量的上升，相应的端口成本也将得到大幅度的下降，导致10GBase-T和10GBase-SR之间的成本优势越来越低。再加上由于铜资源的紧缺、光进铜退的呼声不断，以及数据中心网络需求和架构的变化等因素，因此万兆铜缆布线系统的应用也存在相当多的挑战，这些挑战主要来自于三个方面：铜缆本身的、设备因素以及网络应用和架构因素。

　　1、万兆铜缆本身的影响因素

　　铜缆在传输万兆数据时所对应的频率达到500MHz，在如此高频率下的传输性能对于外界干扰非常敏感，因此万兆铜缆需要解决的问题必须包含两部分：线缆本身线对间的串扰（NEXT）；来自相邻线缆线对间的串扰（AXT）。NEXT可以通过对不同线对设计合适的绞距加以消除，这一技术已经非常成熟。AXT则主要是来自于不同线缆间的相同线对，仅仅通过设计合适的绞距无法消除这类干扰，这就需要对布线结构进行特殊的设计，比如通过增大线缆直径、增加配线架模块间隔或采用屏蔽技术等消除，如图2的万兆铜缆结构。