Ethernet 10GbE w miedzi

Podstawą teleinformatyki staje się miedziane okablowanie ethernetowe o przepływności 1 Gb/s, natomiast przyszłość okablowania strukturalnego należy do miedzianego bądź światłowodowego [Ethernet_10_Gb/s|[Ethernetu 10 Gb/s]]. Wprowadzenie technologii Gigabitowego Ethernetu (1GbE) wymaga spełnienia wygórowanych parametrów technicznych okablowania wg parametrów PSNEXT (Power Sum Next), ELFEXT, PSELFEXT (Power Sum Elfext) czy Delay Skew - parametrów o fundamentalnym znaczeniu dla aplikacji szerokopasmowych. Ethernetowe aplikacje 1GbE przyczyniły się do modernizacji skrętkowego okablowania strukturalnego, co spowodowało, że normalizacyjne grupy studialne IEEE zajęły się okablowaniem strukturalnym o wyższej nominalnej przepływności 10 Gb/s (10GbE). Obecnie przepływność docelową 10 Gb/s w miedzianej infrastrukturze lokalnej sieci ethernetowej można uzyskać za pomocą jednego z dwóch standardów okablowania: korzystając z kabli współosiowych (Twinax) wg zatwierdzonego standardu 802.3ak lub za pomocą nieekranowanych kabli skrętkowych UTP wg nadal opracowywanego standardu 10 Gb/s 802.3an.

Zatwierdzony ostatecznie w lutym 2004 r. standard 10GBase-CX4, czyli 802.3ak umożliwia lokalne transmisje ethernetowe z szybkością do 10 Gb/s, z wykorzystaniem czterech par współosiowego kabla miedzianego Twinax, na dystansie nieprzekraczającym 15-20 m. Kabel Twinax standardu 802.3ak tworzą cztery pary kabli koncentrycznych (8 przewodów współosiowych), w którym każda para ma wspólny ekran, a wszystkie cztery pary są dodatkowo oplecione ekranem zewnętrznym. Nazwa Twinax pochodzi od połączenia słów: Twin (bliśniak) i coax (koncentryk). Zaletą krótkodystansowego okablowania Twinax (10GBase-CX4) jest jego stosunkowo niska cena, mimo że kabel jest droższy niż światłowód. Biorąc pod uwagę wszystkie elementy sieci lokalnej (przyłącza, rozgałęśniki, złącza, węzły aktywne), ogólny koszt miedzianej infrastruktury Twinax jest nieco niższy od infrastruktury opartej na światłowodzie w technologii 10GbE. Sytuacja ta będzie jeszcze lepiej widoczna w niewielkich sieciach opartych na nieekranowanej skrętce, ponieważ okablowanie UTP jest zdecydowanie najtańszym medium transmisyjnym.

Wychodzące już z powszechnego użycia (nie tylko ze względu na koszt) rozwiązanie Twinax wg standardu 802.3ak czyli z przewodami koncentrycznymi, praktycznie można stosować jedynie do krótkich zewnętrznych połączeń między lokalnymi serwerami aplikacji czy zespołami pamięciowymi w centrum systemów przetwarzania (SAN, NAS, data center). Standard 802.3akjest jednak pierwszym z opracowywanych przez komitet normalizacyjny propozycji transportu o szybkości 10 Gb/s, które opracowały dwie niezależne grupy normalizacyjne IEEE, głównie z przeznaczeniem do stosowania w miedzianym okablowaniu strukturalnym.

Bardziej interesujący standard transmisji ethernetowych 10 Gb/s z wykorzystaniem nieekranowanej skrętki UTP wg projektu 802.3an zawiera dwie wersje dla skrętki UTP 10GBase-T, które różnią się sposobem podejścia do problemu transmisji. Jedna wersja utrzymuje stałą szybkość przesyłania danych 10 Gb/s - kosztem ewentualnego skracania zasięgu sieci, druga wersja zachowuje stałą długość połączenia 100 m - kosztem obniżania szybkości. W pierwszej wersji proponuje się zachować obowiązującą do tej pory długość połączenia ethernetowego (100 m, 1GbE), różnicując przepustowość zależnie od zastosowanego okablowania (czyli klasy skrętki). Dla obligatoryjnej długości 100 m, która obowiązywałaby nadal, w okablowaniu kategorii 5e dane byłyby przesyłane z szybkością 2,5 Gb/s, w przypadku okablowania kategorii 6 szybkość wynosiłaby 5 Gb/s, a jedynie w okablowaniu kategorii 7 przepustowość łącza osiągałaby pełną przepływność 10 Gb/s.

W drugiej propozycji przepustowość kabla zawsze wynosiłaby 10 Gb/s, niezależnie od zastosowanej klasy okablowania. W tym rozwiązaniu długość połączenia jest za każdym razem inna. Połączenie oparte na okablowaniu kategorii 5e mogłoby mieć maksymalną długość 40-50 m, a połączenie oparte na okablowaniu kategorii 6 może osiągać maksymalną długość 50-70 m. Dopiero połączenie oparte na okablowaniu kategorii 7 osiągnie maksymalną długość 100 m. Dla miedzianego okablowania Ethernetu 10 Gb/s od 2005 r. obowiązują więc dwa standardy: wg 802.3an dla nieekranowanej skrętki 10Gbase-T (UTP, 4 pary skrętek) w zasięgu do 100 m lub zgodnie ze standardem 802.3ak w miedzianym okablowaniu strukturalnym Twinax (kabel koncentryczny, cztery pary) na dystansie do 20 m.

Zespół normalizacyjny IEEE Study Group, pracujący nad projektem implementacji skrętki UTP 10GBase-T w okablowaniu 10 Gb/s, rozwiązał w końcu problemy techniczne wynikające z zakłóceń i z przenikami generowanymi w kablu miedzianym. Powstają one podczas transmisji sygnałów informacyjnych przez okablowanie z wymaganą dla takich przepływności częstotliwością sięgającą 625 MHz. Zakłócenia generowane przez poszczególne pary skrętek podczas tych transmisji powodują szumy, które z kolei wpływają na sygnały informacyjne przesyłane przez sąsiednie pary. Aby uniknąć takich sytuacji, stosuje się technologie likwidujące przesłuchy między poszczególnymi parami skrętek UTP i modernizuje układy odpowiedzialne za synchronizację sygnałów i opóśnienia (jednakowe opóśnienia we wszystkich parach skrętek).

Zasadniczy postęp w technologiach kodowania sygnałów cyfrowych oraz sposobach kompensacji zakłóceń i szumów interferencyjnych w torach kablowych sprawił, że udało się rozwiązać wszystkie problemy okablowania strukturalnego nawet w „czystej” kategorii 5, z przeznaczeniem do transmisji sygnałów o przepływności 10 Gb/s poprzez skrętkę miedzianą UTP. Ponadto stwierdzono,że początkowy koszt wyposażenia okablowania 10GbE w miedzi będzie jedynie 8-10 razy większy od dotychczasowego rozwiązania miedzianego dla sieci 1GbE, a w miarę upływu czasu będzie on niższy - nie przekraczając 2-3-krotnie kosztów wyposażenia gigabitowego Ethernetu. Uuzyskana szybkość będzie jednak 10-krotnie większa.

Budowa od podstaw szybkich sieci LAN za pomocą okablowania optycznego jest zbyt kosztownym przedsięwzięciem dla niewielkich przedsiębiorstw, dlatego alternatywą stały się sieci z okablowaniem miedzianym w jednym z dwu wariantów szybkości 10GbE. Istotny rozwój okablowania Ethernet 10 Gb/s (przez miedź lub światłowód) nastąpił dopiero po 2005 r. Wielu dostawców okablowania i producentów liniowych mikroukładów transportowych wykazuje zainteresowanie Ethernetem 10 Gb/s opartym na okablowaniu miedzianym, spodziewając się, że ta technologia będzie się nadal szybko rozwijać w najbliższej przyszłości.