Ближайшее будущее обещает нам в локальных сетях скорости 1 Гбит/с и выше. Возникает вопрос: а существуют ли средства для передачи таких потоков на расстояние? К счастью, нужные средства уже есть, и это очень хорошо. Нам предлагается выбрать из следующего: неэкранированные кабели из витых пар с широкополосностью 200 МГц; экранированные с широкополосностью 600 МГц; оптические с многомодовыми волокнами. Все эти кабели пригодны для передачи потока на дальность до 100 метров с темпом 1 Гбит/с.
Развитие высокоскоростной проводки. Часть 1
В локальных компьютерных сетях потоки со скоростями в 100 Мбит/с отнюдь не редкость, причем данные передаются как по витым парам, так и по оптоволокну, так что совместимость и преемственность технологий обеспечена. Несколько лет назад для этой цели рассматривалось использование коаксиалов, но сейчас они мало применяются. Относительно магистральных линий связи можно констатировать, что оптические кабели в них победили электрические. Чего не скажешь про оконечные участки локальных сетей. Любопытно отметить, что здесь телефонные и компьютерные сети очень похожи. Если в первых сформировалась проблема “последней мили”, то во вторых обозначилась “последняя стометровка” - участок от комнаты связи до рабочего места. На обеих сетях именно в концевые участки вложена львиная доля капиталов, и там же находится основная масса медных кабелей.
Обратимся к цифрам. В мире проложено около 700 млн. абонентских телефонных линий, входящих в состав “последней мили”. Если даже считать, что длина абонентской линии действительно миля, то это более миллиарда километров! Такая же ситуация и в локальных сетях - в них на последних ста метрах практически везде проложены медные кабели; их доля в компьютерной проводке составляет 80-85% (по другим данным - 70-80%). Картина совершенно аналогична той, которая наблюдается в телефонных сетях, только значительно уступает ей по масштабам. Даже представить трудно, как заменить всю эту массу меди на волокно.
Что же в итоге получается? Получается, что в новых компьютерных сетях еще можно ожидать быстрого продвижения оптики “до рабочего места”, но никак не в старых. По этой причине всюду, как грибы после дождя, высыпали фирмы, поставляющие оборудование для передачи цифровых потоков по абонентским телефонным линиям. По-видимому, общество осознало, что легче приспособить существующие линии для передачи данных, чем менять инфраструктуру.
Пойдем дальше. Всего несколько лет назад по абонентским линиям передавали 14,4-28,8 Кбит/с, а сейчас достигнута пропускная способность 6-8 Мбит/с. Такая же метаморфоза произошла с компьютерной сетевой проводкой. Практически одни и те же кабели из витых пар (если не залезать в технические подробности) еще 5-6 лет назад передавали 2-10 Мбит/с, а теперь спокойно достигли пропускной способности 155 (и даже 622) Мбит/с. Более того - в проекте кабельной системы GigaSPEED компании Lucent Technologies (рис. 1) заложена скорость 1 Гбит/с в рабочей полосе 200 МГц. Это отнюдь не предел, особенно для экранированных кабелей. Так, компании AMP и Siemens предложили кабельную систему категории 6 (экранированную), в которой гарантируется эксплуатационная полоса частот до 600 МГц при передаче данных. Сейчас оформляется стандарт на эту систему.
Как показывает опыт, замена кабелей - дело намного более сложное, чем увеличение пропускной способности линии. Еще раз подтверждается истина: проложенная в земле или в здании кабельная система весьма консервативна и ее замена - дело длительное и дорогостоящее (правильнее сказать - очень длительное и дорогостоящее). Размышляя о том, что инсталлировать в новых системах - медь или волокно, надо хорошо все продумать, так как проложенные сегодня кабели будут служить не менее 15-25 лет. Представляете, что может произойти за 15-25 лет? Я, честно говоря, не представляю.
Медные кабели не сдают своих позиций не только на “последней миле”, но и на “последней стометровке”, в локальных сетях. Более того - можно отметить даже некое наступление меди на этом участке. В прежних очерках уже было рассказано о том, как медная проводка борется за свое место под солнцем. За прошедшие с тех пор год-полтора ситуация только усугубилась. Есть несколько решений, продвигающих медь в более высокочастотную область (соответственно в область больших скоростей передачи). Повторим, что неэкранированные системы проводки при передаче данных достигли частот 200 МГц (расширенная категория 5+), экранированные - 600 МГц.
Давайте же разберемся с теми новинками медной проводки, которые позволяют ей противостоять оптике. Прежде всего - это новые неэкранированные четырехпарные кабели серии GigaSPEED - последняя из модификаций известных изделий класса SYSTIMAX SCS. По этим кабелям может работать Gigabit Ethernet и ATM со скоростями до 1,2 Гбит/с.
Интересное решение предложила компания BICC Brand Rex. Она выпускает медный кабель, находящийся в общей оболочке с пластиковой трубочкой. Вы прокладываете такую конструкцию сегодня, а оптическое волокно “вдуваете” в трубку тогда, когда в этом возникает необходимость. Метод называется Blo Twist и позволяет при монтаже сэкономить на оптоволокне. Как видим, данная технология сочетает медную проводку категории 5 (немедленно после монтажа) с возможностью последующего расширения до оптического варианта проводки.
Компания Alcatel выработала другой подход: у нее к четырехпарному кабелю просто “приварен” оптический кабель через небольшую перемычку. К рабочему месту сразу подаются и медный, и оптический кабели, а конструктору компьютерной сети лишь остается выбрать, какой из систем проводки отдать предпочтение. Такое решение стало возможным лишь недавно, вероятно, по той причине, что оптическое волокно очень быстро дешевеет…
На весенних выставках 1997 года в Москве было отмечено повышенное внимание к медной проводке еще не ставшей общепринятой категории 6. Система базируется на экранированных кабелях, причем каждая пара завернута в алюминиевую фольгу, а весь сердечник кабеля помещен в экран из медной оплетки. Правда, остается еще проблема экранированных соединителей, но она, похоже, постепенно решается. О выпуске подобных кабельных систем заявили компании AMP, IBM, RiT, Siemens и др. Нужно отметить, что кабели предлагаемой системы категории 6 довольно дороги, а заделка их в соединители сложна. Однако тенденция к внедрению категории 6 в ближайшее время, по-видимому, сохранится.
Позиция Bell Laboratories в этом отношении несколько иная. Считается, что явные успехи неэкранированных кабелей (скорость передачи по ним достигла 1,2 Гбит/с) позволяют еще длительное время базировать компьютерную сетевую проводку именно на них. Если же возникнет потребность в еще больших скоростях передачи, есть смысл, по мнению специалистов Bell Laboratories, сразу переходить на оптику, а не использовать сложную и дорогую категорию 6. Время покажет, кто в этом давнем споре прав. Существенно же то, что для передачи информации со скоростями 1 Гбит/с и выше уже существуют технические средства, как медные, так и оптические.
Последняя стометровка. Часть 2
В компьютерной прессе замелькали гигагерцы: процессор с тактовой частотой 1000 МГц, сеть с пропускной способностью 1000 Мбит/с…
Подчеркнем, что таких высот удалось достичь на базе ТРАДИЦИОННЫХ физических принципов - используя кремниевые полупроводники и медную проводку. Проявили себя мощные основы, заложенные 20-30 лет назад, и дали такой высокий рост скоростей. Но достигнутые рубежи - далеко не предел: исследователи уже берут на вооружение иные физические явления, чтобы с их помощью получить во много раз большие рекорды. Оптроника и сверхпроводники, примененные в процессорах, обеспечат скорости обработки в десятки - сотни гигагерц. То же самое можно сказать о линиях связи: оптоволокно уже сегодня позволяет получить скорости передачи 10 Гбит/с и выше. А впереди еще спектральное уплотнение волокна, при котором суммарный темп передачи возрастает во много раз. Так что база для развития информационных сетей обеспечена на долгие годы.
Как правило, сети связи делятся на две части: магистральная система и сеть доступа. Самые высокие скорости достигнуты на магистралях. Мы же обсудим участок доступа, где пользователи подключаются к сети. В компьютерных сетях - это последние сто метров проводки.
На последнем участке - “последней стометровке” - гигабитные потоки можно передавать по неэкранированным витым парам расширенной Категории 5, по экранированным витым парам предполагаемой Категории 6 и по оптическим волокнам. Какой же тип проводки выбрать?
Проблема выбора состоит в том, что ни одна из указанных выше проводок не годится на все случаи жизни. Необходимо учитывать специфические свойства сети, а также структурные особенности и функции организаций, где сеть смонтирована. Кроме того, следует знать, что ни на расширенную Категорию 5, ни на Категорию 6 нет пока стандартов. А подвести оптическое волокно к каждому компьютеру уже можно, но все еще сложно и дорого. Что же в этой ситуации делать системному администратору? Постараемся помочь ему выбрать подходящую проводку для “последней стометровки”.
Несколько компаний выпустили на рынок кабельные системы расширенной Категории 5 (AMP, Belden, Berk-Tek, BICC Brand-Rex, Lucent Technologies, NORDX/CDT, RIT и другие). Среди этих систем наиболее развитой и оформленной можно считать Giga SPEED Cabling System компании Lucent.
Она представляет собой вариант кабельной системы SYSTIMAX SCS, улучшенный как по параметрам, так и по количеству поддерживаемых приложений. По проводке Giga SPEED работает около двадцати приложений.
Задача кабельной системы Giga SPEED - обеспечить передачу со скоростью 1000 Мбит/с (и даже выше) по традиционной проводке из НЕЭКРАНИРОВАННЫХ витых пар - по четырехпарному кабелю. Принципиальная возможность такой передачи отмечалась довольно давно. Совершенно иное дело - создание промышленной продукции, удовлетворяющей целому набору требований. В начале 1997 года была выпущена серия кабелей Giga SPEED, а выход всех компонентов кабельной системы на рынок завершен лишь к концу года. Тракт Giga SPEED показан на схеме.
В мае 1997 года в Атланте (США) было продемонстрировано достижение проектных параметров всей кабельной системы Giga SPEED, состоящей из горизонтальных кабелей, информационных розеток, панелей переключений и соединительных шнуров. Giga SPEED имеет широкополосность 200 МГц, в то время как обычная проводка Категории 5 - только 100 МГц. По кабельной системе была успешно передана информация со скоростью 1000 Мбит/с (по всем четырем парам проводов) на расстояние 100 метров.
Теперь опишем подробнее кабельные изделия серии Giga SPEED. Кабель марки 1071 - обычного исполнения, в то время как 2071 и 3071 являются пожаростойкими. Кабель 2071 - с фторопластовой изоляцией, а 3071 - так называемый “безгалогенный, с низким дымовыделением” (LSZH). Эти кабели полностью перекрывают весь набор требований по их применению в зданиях. Основные параметры новой серии: погонное и переходное затухания, их соотношение (ACR), структурные возвратные потери (SRL) заданы в диапазоне частот до 550 МГц. Следует отметить, что переходное затухание новых кабелей превышает требование стандарта Категории 5 в полосе частот 100 МГц на 10 дБ. Так как рабочая область частот кабелей Giga SPEED 550 МГц (при передаче аналоговых сигналов, например, кабельного телевидения), у них нормируются структурные возвратные потери. Заметим, что чем больше SRL (в дБ), тем кабель лучше. Важна также неравномерность SRL.
Изделия типа Power Sum, предыдущая модификация SYSTIMAX, также оказались в достаточной степени широкополосными. Для линии горизонтальной проводки, выполненной из компонентов Power Sum, подтверждена рабочая полоса частот 200 МГц (подробнее об этом - в сентябрьском журнале LAN за 1993 год, стр. 13). Для этой линии продемонстрирована разница между переходным и погонным затуханием (ACR) не менее 3-4 дБ в полосе частот 200 МГц. На всем пути развития SYSTIMAX - от первых изделий Категории 5 типа HIGH-S, через Power Sum, вплоть до Giga SPEED, - наблюдается улучшение их характеристик.
Сравнение параметров кабелей Giga SPEED и продукции других компаний представлено в таблице. Из нее видно, что Giga SPEED обладает наиболее высокими характеристиками в полосе 200 МГц по соотношению переходного и погонного затуханий.
По кабельной системе расширенной Категории 5 сейчас предусматривается работа двух типов высокоскоростных сетей - Gigabit Ethernet и АТМ, со скоростью 622 Мбит/с и выше. В отношении Gigabit Ethernet известно, что комитет IEEE 802.3 предполагает выпустить стандарт для медной проводки в сентябре 1998 года (стандарты для оптического волокна должны выйти еще раньше). Назвать сроки выхода стандарта по АТМ трудно.
В сентябре 1997 года комитет по кабельным системам, образованный ISO/IEC (Международная организация по стандартам/Международная электротехническая комиссия), принял решение стандартизовать расширенную Категорию 5 в качестве проводки Класса Е (Категория 6). Это событие откроет перед разработчиками кабельных систем широкие перспективы точно так же, как это произошло после выхода в 1992 году основных документов EIA/TIA (Ассоциаций электронной промышленности и техники связи США) на кабельную систему Категории 5.
Появление проводки Категории 5 открыло дорогу 100-мегабитным скоростям. С выходом Категории 6 начинается расцвет гигабитных сетей.