微型机与应用
MICROCOMPUTER & ITS APPLICATIONS
2000　No.19　No.1　P.34-36




适应千兆位以太网的超5类电缆
静楷　杨学良
摘要： 千兆位以太网的技术特点及对传输介质的需求，对超5类电缆和5类电缆的性能进行了对比，并对超5类电缆市场状况和发展潜力做了评估。
关键词： 以太网 超5类电缆 通信
1 千兆位以太网及其传输介质
　　随着企业应用程序日益复杂化，许多网管员正在向用户所在的网络边缘提供交换式10BASE－T（10Mb/s以太网的物理层规范）和100BASE－T（100Mb/s以太网的物理层规范）连接。但是，在台式机和服务器上采用这些先进技术，以及提高网络的访问速度经常会使局域网主干网承受更大的压力，并产生与那些在传统的共享式以太网局域网上类似的瓶颈。
　　千兆位以太网（GigabitEthernet）这种高速的网络传输技术，具有极高的网络带宽，足以应付各种应用需求：如交换式工作组、公司内部Internet、实时多媒体等。100Mb/s与1000Mb/s信息传输效果比较见表1。
表1 100Mb/s与1000Mb/s信息传输效果一览表

　数据存储量100Mb/s速率所需的传输速率1000Mb/s速率所需的传输速率
大型数据文件高分辨率图形（100）100Mb/s
400Mb/s8s
32s0.8s
3.2s
MPEG2视频文件（2h）4.2Gb/s6min36s

　　千兆以太网可以使用简单的以太网机制，为网络提供超过100Mb/s的传输速率，由于使用了与前代相同的CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突访问方式）协议、相同的帧结构及帧长，对网络用户，这就意味着可以花费不大的网络投资，也不需要增加网络协议及重新培训其网络用户，就可以扩展至千兆位的速率。
　　千兆位以太网将提供300～400Mb/s的传输能力，这样的带宽提升对于大多数的网络来说是足够的。而并非只有当网络系统的数据带宽达到每秒千兆位时，才需要千兆以太网的连接。其实，从经济的角度来说，即使目前网络的流量还不到千兆，也能从中获益。千兆位以太网将显著增加纯带宽，以帮助负担过重和网络结构不断扩展所带来的挑战。千兆位以太网将极大地缓解局域网主干网所承受的压力，同时为用户提供高效运行数据密集型应用程序所需的能力。
　　目前，国际标准化组织正在积极制定“千兆比”在平衡布线系统上的传输规范，IEEE802．3z是千兆位任务组为100Mb/s以太网开发的一套标准，其规定了物理层所采用的传输介质及它们分别支持的距离。1000BASET支持1000Mb/s的物理层规范，它使用5类UTP（无屏蔽双绞线），最大距离达100m。
　　许多人认为5类电缆的数据传输速率最高可达1000Mb/s。IEEE802．3/1000BASE－T工作组的工作也是在努力开发相应的DSP信令技术，使得在100m的5类布线上全双工地传输速率达1000Mb/s。但目前来说5类缆尚难胜任。IEEE在1994年定义802．3u（100BaseT标准）时，保留了以太网的帧格式并将速度极限提升到100Mb/s。但将时钟速率增加10倍就意味着传送1帧所需的时间就减少到原来的1/10，从而直接影响到网络的直径，从10BaseT的2000m缩短到100BaseT的200m。由于千兆位以太网的时钟速度又比快速以太网快了10倍，因而网络直径要相应减少10倍。访问20m的网络很明显没有什么实用价值，所以802．3z（千兆位以太网标准）工作委员会已提出了一种保留100BaseT的200m冲突域的机制。该委员会已重新定义了千兆位以太网的MAC层。这种使千兆位以太网得以保持200m的网络直径的机制称为载波扩展。
　　载波扩展使千兆位以太网延伸到可实用的距离，但也带来了弊端。用户数据将不能装载到短于512B的帧的载波扩展部分。这样就不能有效地利用带宽。按最糟的情形计算，流量完全由64B的帧组成，千兆位以太网的有效吞吐率将降到120Mb/s。这仅仅只有总能力的12％，比100Base－T略高一点。
　　从历史经验出发，今天用户迫切需要一类新的电缆，它应该安全适应下一代网络运行速率的需求，它只要使用简单的电子设备就能支持1000Mb/s的速率，而且它可以成为未来的基础性电缆。此外，新的一类电缆必须与现有的所有5类电缆向后兼容，而且最重要的是它必须成为公认的业界标准。
　　目前市场上的“千兆位布线系统”实质上是使用增强5类的插座和配线架（新的型号），配以550MHz的高性能电缆。然后进行信道测试，一般可达200～300MHz的传输带宽，其中主要的贡献是来自于更高性能的电缆。
2 超5类电缆的标准
　　随着千兆位以太网的出现，人们对新一代的电缆也越来越关注，但时至今日，有关标准还没有问世，ISO/IEC正在领导千兆位电缆的标准，ISO/IEC已经声称，第6类标准在若干月之后才有望完成。6类标准和相关的ClassLink要求传输速率达到200MHz并与现有5类接插件兼容，是5类标准的2倍。同时，6类标准能保证未来的技术，如超过百米的千兆以太网1000BaseT。7类电缆将支持高达600MHz的应用。EIA/TIA还正在制订第5E类标准，它将覆盖第5类和第6类标准之间的电缆性能。制定中的TIA/EIA超5类标准中将包括更高的信噪比要求和功率总和的要求。即：（1）将来电缆应用（如1000BASE－T）的需求；（2）来自应用标准小组提供的数据；（3）目前的5类4线电缆的技术标准；（4）各种不同的替代产品，如UTP/SCTP/STP；（5）屏蔽性能/屏蔽完整性的稳定程度；（6）在近端串扰、远端串扰、噪声、补偿等方面性能更佳的电缆型号；（7）差分端接和普通方式端接的效应；（8）可扩展到300MHz以上的准确测试方法。
　　可以看出，未来标准的需求仍在不断变化之中，例如对布线参数回损、ELFEXT等的需求方面。届时，布线系统的生产厂商将面临为市场提供符合下一代布线系统标准的电缆。
3 超5类电缆的性能
　　5类电缆与超5类电缆关键性能比较如下：
　　1．PS－Next衡量1对线对抵销其余3对线对所产生的干扰的能力，单位是dB。ISO/IEC正在讨论。对于第6类通道，包括电缆和连接器，最小可接受的PS－Next值为37．1dB。对于5类是3．1dB（所有6类和5类的值都是在100MHz下给定）。
　　2．PS－ACR指示某一对线对上数字信号比其余3对线对的噪声信号强多少，单位是dB。对于第5类信道，最小值为3．1dB，对于第6类信道，大约为15．6dB。
　　3．返回损失衡量电缆对信号反射（这种反射干扰数据传输）处理能力的好坏，单位是dB。该数值高，说明只有少量的信号被反射，这正是网络管理者所希望的。对于5类信道，返回损失为10dB；对于6类信道，最小值大约为12dB。
　　4．传播延迟指示信号传过100m所需要的时间。第6类信道的传播延迟也许为536ns；第5类信道则为538ns。
　　5．延迟偏差指示最快的线对和最快的线对的传播延迟的差别。这种偏差是由于制造电缆的方法而造成的，因而是固有的。每对线对必然有不同的扭曲比率，这就意味着不同的长度。ISO/IEC对第6类信道规定，50ns为最小可接受的延迟偏差，对第5信道则为45ns。
　　6．PS－EIFEXT就是一种新的测试指标，用于6类电缆，它指示远端全话衰减的比率，单位为dB，该值越高越好。对于第6类信道，最小可接受的PS－EL FEXT值为20．2dB。
　　5类电缆与6类电缆最大的不同在于串音及回波损耗方面性能的改善。对于新一代全双工高速网络应用而言，优良回波损耗性能是极其重要的。串扰性能是掌握最好频带宽的因素，因为不可能加大其导体直径来改善其衰减性能。5类和6类电缆NEXT的比较如图1所示。6类缆不仅频带宽高了1倍，其动态范围也大大提升了。

图1 5类和6类的NEXT性能基本性能
　　阻止了千兆位以太网的UTP（非屏蔽双绞线）上运行（包括5类缆），其中真正的问题就是反射。理论上来说，只要在实际的信号通路中没有任何物体，千兆位以太网就可运行于5类铜线上。一旦在信号通路中接入了任何物体，如RJ－45插座，信号反射就开始出现。这些反射很容易使整个网络不稳定，并且几乎不可能准确地找出症结所在。
　　电信号反射及伴随出现的干扰并不仅限于千兆位传输。通过导体以10Mb/s传输时，这个问题无关大局。100Mb/s时，问题显得严重些。而在千兆位速率时，由于干扰引入的错误的出现概率又增大了10倍，尽管开发高性能数字信号处理器来取消反射的影响是有可能的，但成本将大大提高。
　　依据现有的资料，5类及6类电缆的性能比较见表2。
表2 5类与6类电缆性能摘要

　5类
依据TIA－568A4(3/6/98)6类
依据草案2A(4/9/98)
最大长度/m9494
NEXT29．3dB ＠ 100MHz41．9dB ＠ 100MHz
36．9dB ＠ 200MHz
衰减21．6dB ＠ 100MHz20．7dB ＠ 100MHz
30．4dB ＠ 200MHz
回波损耗15dB(1＜f＜20MHz)
15－7log(f/20)dB(20＜f＜100MHz)15dB(1＜f＜20MHz)
15－7log(f/20)dB(20＜f＜100MHz)
EL FEXT17dB ＠ 100MHz25．2dB ＠ 100MHz
19．2dB ＠ 200MHz

4 小 结
　　在6类电缆产品的初期，价格与性能在市场上有很大差异。与5类产品相比，6类产品价格要高出25～100％。不过标准公布后，价格会下降一些，竞争也促使厂家改变其价格结构，千兆位6类电缆的价格应高于5类电缆15％～35％。
　　根据北美的市场分析，6类产品的市场占有率将从1998年的10％提升到2003年的52％。6类产品会逐渐侵蚀5类的市场，3类产品则会在2001年的早期降到1％的占有率。
静楷（中国科学技术大学研究生院计算机科学技术系100039）
杨学良（中国科学技术大学研究生院计算机科学技术系100039）
参考文献
1，赵忠厚．第5类电缆的简介．现代有线传输，1997；(4)
2，范载云．向“6”号数字通信电缆进军．中国通信学会通信线 路专业第十四次学术讨论会论文集，1995
3，李新平．千兆以太网--带刺的玫瑰．中国计算机用户， 1998；(10)
4，安秋顺．1000Base－T LAN的构成．计算机世界，1997；(43)
5，高速网络呼唤新型电缆．计算机世界，1997；18
6，中华人民共和国通信行业标准．YD／T838．1－1996数字通 信用对绞／星绞对称通信电缆第一部分
7，IEC 11561－1：1994．Multicore and symmetrical pair／ quad cablrs for digital communications Part 1
收稿日期：1999－08－25
