10Gb万兆以太网技术：相邻线缆串扰对网络的影响

　　30年前，Bob Metcalf 关于“以太”作为数据传输的媒介的想法促使了宽带世界的诞生。

　　当时，这一科技基于两种同轴电缆：粗同轴和细同轴。 粗同轴以太网能传输至500米的距离（定义为10Base-5）。将粗同轴技术应用于办公局域网络不久，人们就都意识到了它存在的技术问题：过大的线缆转弯半径；用来提供导体连接的、夹在粗同轴上的金属夹具非常敏感；庞大的连接终端、昂贵的收发器等等。但是，在相当长的时间里，如果传输长度超过细同轴以太网的距离限制，除了粗同轴以外没有更合适的解决方案。相比之下，细同轴以太网（也被称为“便宜的网络”或10Base-2，因为能传输200米距离）就比较可行。细同轴以太网可以在185米的距离内最多连接30台电脑。传输速率为共享传输速率10M比特/秒。收发器与网卡集成在了一起，连接通道只需要简单的无源T头。这种方案与当今的网络技术相比都非常节约成本和空间，只是其性能差得多。

　　那么，今天的网络和传统意义的以太网到底有什么不同？

　　第一个重要的区别是同轴电缆是屏蔽的（我们在后面会进一步讨论到这个特性）；而今天，尽管有些用户坚持采用屏蔽技术，仍然有高达85%的已经安装的网络采用的是非屏蔽双绞线（UTP）系统。

　　10年后的80年代末期，标准的建立及实施催生了一种新的网络概念：“结构化布线”。结构化布线彻底打破了以前的布线结构：与采用一根电缆和与之连接的若干T型适配器连接30台(现实中一般10台)电脑不同，我们现在是通过独立的电缆把分配中心与每台计算机连接起来。结构化单独布线布线概念和结构使得我们今天可以以如此高的传输速率进行网络传输– 每个用户千兆位比特级别的独享带宽！

　　历史和未来

　　回顾历史，在以太网发明（1974）的15年以后（1989），布线的拓扑结构迅速 “结构化”，由总线变为星型结构。现在， 由于10Gb万兆网络需要新的网络特性，看起来在另一个15年后的2005年，我们将再一次经历布线的巨变，如屏蔽技术将再次成为主流。

　　我们知道，不论您安装的是超五类还是六类系统，他们都可以平滑地沿着10M/100M/1000M以太网系统间升级。但同时，现存的六类和超五类系统又都不适合用于10G万兆以太网络传输。也就是说，在超五类、现存的六类系统与七类系统之间有一道不可逾越的鸿沟——万兆以太网络传输能力。据预测，2005年六类系统已经占据了布线市场60%以上的份额。但事实是，所有已经安装的六类系统其实只能做与超五类系统一样的事情，那就是传输最大1Gb即千兆带宽的以太网络，不能更大。

　　这对那些最近刚刚投资于六类系统的用户绝对是个坏消息；而那些坚持超五类解决方案或者干脆投资最高端的七类系统的客户则比较幸运，前者虽然也无法运行万兆以太网络，但是起码节省了投资，而后者则一步到位，其安装的系统绝对可以支持未来的万兆以太网络。

　　我们可以预测，所有人都将或早或晚过渡到万兆以太网络，不论他原来安装的是超五类系统还是六类系统。新的解决方案将必然流行：不是增强型万兆六类系统，就是七类系统。上图演示了康宁公司针对目前及未来需求的解决方案升级之路。

　　而从技术角度讲，10G万兆传输的未来有两种可能：UTP系统或者继续流行，或者被彻底淘汰。第一种可能的基础是UTP已经被大量安装的现实。举例来说：虽然和50um的光纤相比，62.5um光纤的传输速率低得多而且价格更贵，但是因为大量的62.5um光纤的安装影响了以后的项目，它现在仍然在被广泛使用。同样的现象也可能会出现在铜缆布线世界中：人们采用更新更好技术的惰性可能阻止或滞缓屏蔽系统的流行。人们经常按照以下思维进行决策：只要网络运行基本正确，就不会想到尽早采用那些只有采用高度复杂的设备才能测量的新产品。下面我们通过著名的香农定理来讲述一下屏蔽与非屏蔽双绞线的理论传输能力差异。

　　香农定理

　　香农定理表述如下：

　　屏蔽系统和非屏

　　蔽系统方案之间有明显的差异；

　　非屏蔽系统在500MHz的带宽时变平坦，而屏蔽系统依然上升；

　　传输能力的差异约为100%（在500MHz带宽）

　　频率越高，越容易出问题。

　　其他因素对于成功数据传输的重要性也越来越明显：ISO/IEC 正在制定关于电磁兼容的国际标准。关于同轴电缆及其网络我们已有相关标准，同样，我们可以期待数据网络也会有类似的规定(class E1)。预计的结果将是：只有屏蔽系统才能满足国际标准的规定而可以使用。

　　F/UTP和S/FTP的性能看起来一样，这对于PS NEXT是正确的。但是对于其它因素如PSFEXT，情况就不一样了。基于不同的电气传输特性，不同缆类有本质区别

　　考虑理论的极限（香农），F/UTP和S/FTP的性能相当，UTP则不然。F/UTP和S/FTP的PSFEXT类似；UTP就差多了。F/UTP的PS NEXT介于S/FTP和UTP之间。

　　邻线对串扰

　　2005年初，围绕UTP的适用性出现了另一个问题。人们在研究那些已经安装的系统在短于55米场合的10G万兆传输问题时，针对AFEXT干扰仍然没有找到解决方案。当大功率的信号进入较短的电缆时，这根缆在另一端将对相邻的或绑扎在一起的其它缆产生严重干扰。

　　很明显，这种影响无法补偿。一种想法是当信号是发射到一根短电缆时降低信号的功率。这种方法看起来可行，但这会导致此链路运行在非常有限的BER（比特误码率）情况下。这意味着，如果有源器件功率的设置和长度不符或其他无法预计的影响（如不甚理想的平衡线对或电磁感应），我们不得不考虑信号重复发送问题。

　　在传输特性方面，S/FTP (PiMF), F/UTP 和 U/UTP等形式的双绞线之间有着本性的差异。成功传输万兆网络的最关键因素是“邻线对串扰（Alien crosstalk）”。这种串扰不是线缆内部不同线对之间的串扰，而是从外界线缆吸收到的干扰信号。外界的干扰信号可以来自相邻线缆，或者有源设备。与线缆内部串扰比较，这种串扰无法通过调节有源设备参数进行抵消，因为它与安装的不同情况相关，根本无法预测。降低这种串扰的唯一选择是改进线缆的设计。

　　这是为什么有以下非常有趣的现象：新的UTP设计不同以往，而且它们在拼命模仿屏蔽系统。那些没有10G万兆屏蔽解决方案的厂商力推10G UTP系统，他们的客户也很自然地跟随。结果导致UTP系统很轻易地与STP并列为万兆解决方案，虽然其实它可能根本不是保证未来网络应用的最佳选择。

　　设计非屏蔽系统线缆时，邻线对串扰 (包括近端串扰和远端串扰，ANEXT 和 AFEXT) 已经成了关注的焦点。基于一个简单的事实：线芯之间距离增加将弱化串扰，产生了众多不同的方案。有些厂商采用塑料填充在护套下的线芯周围，另一些采用不对称的内部分离骨架分开线对，第三种方案是将电缆护套的内表面设计成不平的齿状结构。采用前面两个方案将导致线缆不再是均匀的圆形。所有三种方案都将导致线缆的平均直径显著变大。

　　总结

　　任何有源设备的设计目标都应该是：当其经过销售渠道被安装以后，应该立刻能够运行在已经安装的布线系统中。以往的UTP 布线系统就是按照这样的要求来安装的。不幸的是，未来将不再是老式的超五类或六类UTP 系统。目前STP 解决方案与UTP 系统解决方案处于相同的起跑线上，而STP 系统似乎拥有一定的优势。其中STP 屏蔽万兆解决方案将肯定可以支持万兆系统，更不用提已经被安装的七类系统了。

　　事实已经清楚表明，要想保证您的网络将来能够可靠地传输10G 带宽，STP 系统才是合乎逻辑的选择。