談談下一代數據中心銅纜與跳線選擇 跳線, 數據中心

zhineng

前言

　　來自Information Gatekeepers announced最新的“數據中心布線市場” 報道，數據中心市場投資額將由2010年的16億美元上升到2015年38億美元、增長率達到18.9%，遠高于傳統布線市場13.1%的增長比率。

　　另一個令人驚訝的發現是來自FTM咨詢公司的：在數據中心布線中，銅纜布線相對于光纜布線所占比例更高。報道稱：中小型數據中心以銅纜布線為主，而大型數據中心則主要選擇光纜布線。盡管當前市場的產品是基于光進行宣傳的，但是分析卻發現到2015年，相比于中小型數據中心布線58億美元的投資額，大型數據中心的布線投資額只有26億美元。

　　盡管“光進銅退”是布線市場發展的必然趨勢，而在中國工程建設標準化協會信息通信委員會布線工作組（IB）上的“2010年中國布線市場發展報告”中，卻將銅纜和光纜在布線中的應用比例精確到83%和17%。和布線市場類似，銅纜在數據中心的應用同樣占有絕對的優勢，根據一項BSRIA的新聞發布：當前銅纜和光纜在數據中心所占比例約58:42。

　　通過各國對數據中心銅纜應用比例的預測，有必要對銅纜產品進行更多的關注。本文將著重介紹應用于數據中心銅纜及跳線產品的選擇。

線纜選擇

　　作為電子信息中樞的數據中心，需要實現信息系統高水平的可管理性、可用性、可靠性和可擴展性，保障業務的順暢運行和服務的及時性。數據中心布線產品的選擇必須要能滿足信息中樞的要求，以下是相關標準對布線產品的要求：

數據中心布線系統線纜選擇等級要求  ANSI/TIA 942A EN 50173-5 ISO/IEC 24764 GB 50174-2008
銅纜 對絞電纜 6A類(Class EA) 推薦6A類
(Class EA) 至少6A類
(Class EA) 6類(Class E)
同軸電纜 75歐姆
同軸電纜 — — —
多模光纜 OM3 OM2/OM3 OM3 OM2/OM3
單模光纜 OS1 OS1/OS2 OS1 OS1


　　從標準中可以看出，對于銅纜的萬兆以太網傳輸更多的將推薦6A類等級。

線纜類別的選擇

　　數據中心的一個功能要求“為所有數據中心內部和外部的設備提供安全可靠的網絡連接”，這一點就要求選擇的布線產品必需能滿足當前及未來一定時期內的要求。Cat6類銅纜是數據中心對絞電纜的最低選擇，而國際標準ISO/IEC 24764將數據中心應用的對絞電纜直接定義為Cat6A，可見超六類銅纜將主導未來數據中心布線產品的應用。

　　無論采用何種布線產品，數據中心建設都面臨一個嚴峻的問題：隨著全球氣候日趨變暖、能源日漸緊張、能源成本不斷上漲，企業中高能耗部門之一的數據中心正面臨著降低能耗、提高資源利用率、節約成本的嚴峻挑戰，構建節能型的數據中心受到越來越多數據中心管理人員和IT廠商的關注，并成為未來數據中心的必然發展趨勢，節能降耗必將成為數據中心建設重點考慮的因素。如果我們以Power/Gbps方式來衡量各種協議的傳輸方式，采用銅纜方式時，10GBase-T的單位能耗只有1000Bast-T的1/4，可見當采用銅纜介質進行數據傳輸時，采用10GBase-T相對更節約能源。



　　無論是國際標準規定還是能耗要求、或者應對數據增長的帶寬需求，萬兆以10G Best-T應用相對更有優勢，相關改版的新的國際標準也是推薦萬兆以太網選擇Cat6A等級。先讓我們來分析為什么萬兆數據中心需要選擇Cat6A類對絞電纜。

　　各類電纜所能支持萬兆的傳輸距離各不相同，傳輸距離的長短對數據中心最直接的影響就是限制其規模。以下是各類電纜所能支持萬兆以太網的傳輸距離：

類別 Cat6 Cat6a Cat7
支持距離 37m 90m 90m


　　萬兆系統選擇Cat6布線，水平鏈路或（當數據中心不設水平配線區時）不包含主配線區設備電纜、跳線與設備配線區設備電纜鏈路的最大傳輸距離僅37m，這將無法完全滿足數據中心實際應用的距離需求，制約了萬兆數據中心網絡結構。

　　Cat7類銅纜可以支持的帶寬達到600MHz，支持萬兆傳輸的距離為90米，甚至能滿足將來40G的需求，產品的STP屏蔽方式也能很好的解決電磁干擾。但當前Cat7類對應的連接器尚沒有網絡設備廠家的支持，市場上Cat7類模塊和跳線的成本已經遠遠超出同等性能的光產品（光產品的優勢顯而易見），如果采用Cat7線纜與Cat6A模塊、跳線的組合，最后只能達到Cat6A的性能要求，而線纜成本將浪費50%以上（已經投入使用的數據中心不可能通過更換模塊和跳線來升級）；STP結構導致相對較大的電纜外徑（8.5mm左右），線纜布放彎曲半徑要求比較大，不利于施工，另外大的直徑會增加線槽和橋架的填充率，影響數據中心的散熱效果；而且目前工程驗收測試沒備許多還不能支持到Cat7類的鏈路測試，實際工程應用困難重重。



　　作為標準選擇的萬兆產品Cat6A類對絞電纜，支持的萬兆傳輸永久鏈路距離達到90米，TIA568.2-10萬兆標準在2008年3月已經發布（最新標準TIA568C.2），物理連接上的連接器、模塊與普通Cat6類完全匹配，無論在規模、成本、測試驗收各方面配套相對采用Cat6A和系統配套更為成熟。

屏蔽非屏蔽的選擇

　　作為支持萬兆應用最理想的產品，Cat6a有屏蔽和非屏蔽兩種選擇，在充當信息中樞的數據中心，各種電子設備應有盡有，來自各種電子設備的電磁干擾將嚴重影響網絡的傳輸安全；Cat6a類產品的傳輸帶寬達到500MHz，在這種頻率下的線間串擾（ANEXT）對傳輸也將產生非常大的影響。是選擇屏蔽還是非屏蔽對絞電纜，先從幾個方面來比較他們的優缺點：

　　1、線纜結構

　　線纜內部NEXT干擾可以通過線對的特殊絞距加以消除，針對具有相同絞距的外部線纜串擾，屏蔽線纜具有極強的抗電磁干擾特性，完全不用擔心ANEXT的影響；而非屏蔽產品只能通過增加線纜外徑來減少外部線間串擾。一般Cat6A屏蔽線纜的外徑約7.5mm、而非屏蔽Cat6A產品的外徑長軸接近9.0mm （線纜最大外徑TIA568B.2是8.6mm、TIA568B.2-10達到9.2mm）：



　　2、施工要求

　　非屏蔽Cat6A除外徑較大外，在施工中對線纜的捆扎也有很高的要求，捆扎較緊就將帶來嚴重的線間串擾。對于高密度布線的數據中心，選擇非屏蔽Cat6A無疑將極大的降低線槽或橋架的走線密度。具有豐富工程施工經驗的施工方，施工人員還需要進行額外的培訓。而具備優秀抗電磁干擾的屏蔽線纜就完全不存在這些問題，施工要求與普通Cat6屏蔽線纜一致，對施工人員的要求相對要低得多。

　　3、測試要求

　　屏蔽Cat6A因能抵抗外部串擾（ANEXT可以忽略），施工驗收只需測試單個鏈路或信道性能即可；而非屏蔽Cat6A存在嚴重的ANEXT，驗收時必須測試ANEXT才能保證所安裝的萬兆系統合格。一個普通鏈路或者信道測試的時間最快只需要10幾秒，而測試一個信息點的ANEXT性能，需要30分鐘左右，對6000點的非屏蔽萬兆數據中心進行驗收測試，每天工作24小時、僅測試就需要4個多月才能完成；同樣規模的屏蔽系統測試時間不到20小時。

　　4、成本比較

　　Cat6A類以下產品非屏蔽成本都低于屏蔽，因此很多用戶在萬兆以太網系統中仍希望通過采用非屏蔽來降低成本。然而線纜生產中非屏蔽線纜銅導體線徑要比屏蔽線纜大、外護套耗材遠多于屏蔽線纜，因此僅原材料成本就高于屏蔽線纜；線纜出廠檢驗時需要增加ANEXT測試，測試設備的投入和測試時間的增加都將使Cat6A非屏蔽線纜的成本上升；再加上走線密度下降、驗收測試時間超長的成本，合格的萬兆非屏蔽系統整體造價將會超過屏蔽系統。

線纜外護材料的選擇

　　數據中心建設的另一個功能要求是“不會對周邊環境產生各種各樣的危害”，這一點落實在布線上時，對線纜要求能支持一定的逃生時間（阻燃）、燃燒時不產生有毒有害氣體（無鹵）以及足夠的可見度（低煙），因此線纜應選擇LSZH材質的外皮，以符合數據中心建設的要求。

　　為滿足當前及未來一定時期內數據中心的功能要求，在銅纜布線系統中，筆者的觀點是更推薦用戶選擇Cat6A屏蔽且外皮采用低煙無鹵阻燃環保材料的線纜。

跳線的選擇

　　水平線纜僅僅是數據中心傳輸系統的一個組成部分，另一個重要角色是與之對應的跳線。在分析跳線選擇之前，先來看看銅跳線具有哪些特點：

項目 銅跳線
電磁干擾 信號以交流電的形式傳輸，極易產生電磁干擾
工藝要求 線序接線方式選擇，組裝時排線要求高
質量 來源多樣，質量參差不齊
使用特點 使用頻率較高，要求產品柔軟
兼容性 產品兼容性強，性能取決于整條通道的最弱點


　　下面我們針對跳線的部分特點來進行比較詳細的分析：

電磁干擾
　　當數據中心采用的是Cat6類產品時，屏蔽線纜本身具有較好的抗電磁干擾特性；對于非屏蔽產品，由于使用的頻率只有250MHz，線纜的ANEXT對傳輸性能影響有限，主要解決NEXT的問題，要解決NEXT內部干擾可以通過線對特定的絞距結合交換機內采用DSP技術加以消除，在電纜行業已經是成熟的技術，而萬兆數據中心應用的跳線，無論是非屏蔽還是屏蔽，為消除ANEXT，線纜建議全部采用屏蔽結構。據相關試驗證明：采用屏蔽產品即便屏蔽非有效接地時，抗電磁干擾效果仍將比非屏蔽產品高出20%。

柔軟性要求
　　相對于水平布線，專用于數據中心的“W”型（角行）配線架由于減少理線器的應用、而將布線密度增加了50%，甚至有些配線架1U空間除自帶理線設備還提供36個銅接口、將布線密度提高了67%。高密度的布線使跳線的彎曲半徑更小，對跳線的柔軟度要求將更高。



　　數據中心使用的跳線、尤其是屏蔽跳線，其線纜如采用傳統的填充骨架結構，制作的跳線將非常硬，很難獲得理想的彎曲半徑。因此需要對跳線線纜的結構進行特殊設計，同時又不增加跳線的成本。

　　對于屏蔽跳線，骨架填充結構一般是FTP屏蔽方式，銅導體采用AWG24（7/0.20mm）；要獲得較小的彎曲半徑并滿足跳線單體性能穩定，STP屏蔽方式是理想的結構，考慮到跳線的長度一般都在10米以內，AWG26（7/0.16mm）的銅導體完全能滿足需要。 STP屏蔽跳線線纜即能提供理想的彎曲半徑，又可獲得更優良的屏蔽效果，成本還能維持不變。



　　和水平區域使用的線纜不同，跳線與水晶頭連接處可能會被多次插拔，而每次插拔都有可能使水晶頭內的芯線受力使其與金屬端子的接觸性能受到影響，一個能保護芯線不承受拉力的整體注塑結構的跳線尾套也是不可忽略的。

　　稍稍偏長的尾套能保護芯線在跳線插拔時使拉拔力承受在護套上而不是在電纜芯線內，同時柔軟度比較合適的尾套又能使跳線能獲得理想的彎曲半徑。



總結

　　作為信息中樞的數據中心的布線需求不僅要滿足當前的應用需要，還要滿足未來5年甚至10以上的數據量增長所帶來的帶寬要求，以Cat6A屏蔽線纜為傳輸介質的萬兆以太網，是當前及今后較長時間內性價比相對較高的選擇。為滿足數據中心的高密度布線，屏蔽跳線采用無骨架填充的STP屏蔽方式，使跳線柔軟以獲得理想的彎曲半徑。對于水平電纜在數據中心內的應用，采用Cat6A LSZH材質的屏蔽電纜將更具有優勢，符合數據中心對于傳輸介質高帶寬的要求、并實現較好的傳輸穩定性，同時也滿足下一代數據中心節能與環保的大趨勢。

來源：千家網