前言

　　基于云計算、物聯(lián)網等新技術的不斷發(fā)展和應用，網絡對于帶寬的需求越來越高，尤其在云計算環(huán)境下的數(shù)據(jù)中心將大量基于虛擬化技術，從而最大化的提高服務器設備的利用率，這就需要更高的帶寬布線系統(tǒng)來支持云計算數(shù)據(jù)中心的網絡通信，10G（萬兆以太網）應用已經成為主流，40G/100G作為云計算數(shù)據(jù)中心主干的發(fā)展也將越來越多的被成為用戶關注與試用。

　　隨著ISO/IEC11801以及ANSI/TIA568C.2等主流標準對萬兆銅纜性能的定義，基于銅纜作為傳輸介質的萬兆以太網已經大量應用于各類數(shù)據(jù)中心的布線中，加上銅產品設備在成本上的絕對優(yōu)勢，與千兆以太網類似的、萬兆銅纜（超六類銅纜）將在萬兆以太網的傳輸介質上占有相當?shù)膬?yōu)勢。

　　一、萬兆以太網的發(fā)展狀況

　　自上世紀70年代提出并實現(xiàn)以來，以太網憑借自身的技術優(yōu)勢占據(jù)了全球局域網市場90%以上的份額，從最初的不到10M發(fā)展到了現(xiàn)在的10G。

　　隨著數(shù)字圖書館、在線影視欣賞、網絡教學、視頻會議以及BT下載等新技術的大規(guī)模應用，甚至由于病毒導致的帶寬占用，都令用戶的網絡系統(tǒng)對于帶寬的需求越來越高，傳統(tǒng)的千兆網絡已經無法滿足支持現(xiàn)代應用技術的需求，不僅僅數(shù)據(jù)中心的主干網絡要求萬兆以太網的支持，當前相當多樓宇布線的數(shù)據(jù)主干網絡也已經開始大量采用萬兆以太網。

　　根據(jù)英特爾的預測2011年萬兆端口使用量將突破500萬，IDC預計到2013年萬兆以太網出貨量會首次超過千兆網。對于服務器端口方面，根據(jù)一份來自Intel&Broadcom在2007年的預測報告可以看出：在未來的5年里，萬兆服務器設備將得到大規(guī)模的使用，如圖1。

　　來自數(shù)據(jù)分析研究機構的市場分析數(shù)據(jù)也表明萬兆以太網在數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模應用，根據(jù)CrehanResearch的市場分析報告，目前全球大約安裝了1.70億個1GbE數(shù)據(jù)中心和服務器級端口，大約安裝了2500萬個10GbE端口、10GbE目前僅占所有已安裝的以太網端口的13%。CrehanResearch預計2012年10GbE將增至年度市場總出貨量的37%，到2014年它將成為占據(jù)統(tǒng)治地位和事實上的數(shù)據(jù)中心網絡連接；TheLinleyGroup今年1月的分析報告也預測10GbE將會有很大的增長，預計到2014年10GbE網卡/LOM（LanOnMotherboard，主板自帶以太網接口）的出貨量將超過1600萬。

　　為滿足不同領域應用以及相關傳輸條件的要求，自2002年第一個萬兆以太網標準IEEE802.3ae發(fā)布以來，IEEE又分別于2004年推出802.3ak，2006年發(fā)布802.3an、802.3aq以及2007年的802.3ap等一系列的萬兆以太網標準規(guī)范。再加上其他相關規(guī)范，萬兆以太網的相關標準超過10個，按照不同的應用范圍可以分為三類：1、基于光纖的局域網萬兆以太網規(guī)范；2、基于雙絞線的局域網萬兆以太網規(guī)范；3、基于光纖的廣域網萬兆以太網規(guī)范。各種萬兆以太網傳輸協(xié)議之間的對比關系見表1。

　　二、萬兆銅纜布線系統(tǒng)的應用

　　2002年頒布的IEEE802.3ae萬兆以太網標準是基于以光纖為傳輸介質傳輸10Gb的數(shù)據(jù)流，但由于成本的原因極大地限制了這項技術的發(fā)展和應用。在2006年萬兆的光交換機端口的發(fā)貨量只有30萬，相比同時期1000Base-T每個月就有5-6百萬端口的發(fā)貨量。

　　為加快萬兆以太網技術的應用并降低成本，以滿足將來網絡技術及應用的發(fā)展需求，在2002年末，10GBase-T委員會主席Mr.BradBooth召集了一次會議，提出了發(fā)展基于100米雙絞線應用的萬兆以太網新標準。在經過4年的討論和發(fā)展后，最終在2006年頒布了IEEE802.3an基于10GBase-T規(guī)范的萬兆以太網新標準，10GBase-T傳輸協(xié)議下的萬兆以太網成本只有10GBase-SR的60%左右、得到了非常明顯的降低。標準制定者依靠：損耗消除、模擬到數(shù)字轉換、線纜增強和編碼改進4項技術構件使10GBase-T變?yōu)楝F(xiàn)實。

　　10GBase-T萬兆以太網可提供10倍于千兆以太網的傳輸帶寬，也提供了諸多面向虛擬機的傳輸特性，此外10GBase-T依然采用傳統(tǒng)的RJ45作為其連接器，連接器的安裝和維護都非常方便，同時又很好的兼容了以往的千兆、百兆以太網絡，因此10GBase-T被認為是未來市場上最有可能大規(guī)模采用的萬兆技術。因此對應于10GBase-T采用的RJ45接口方式，萬兆銅纜（水平雙絞線）在萬兆以太網傳輸介質中所占的比例將大大增加，根據(jù)Intel的市場預測在2012年10GBase-T在萬兆以太網中所占的比例將達到36%、2013年這一比例還會進一步擴大到44%。

　　一份基于數(shù)據(jù)中心應用的、來自FTM咨詢公司發(fā)布的數(shù)據(jù)也說明：在數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心以銅纜布線為主，只有大型數(shù)據(jù)中心才主要選擇光纜布線，通過分析發(fā)現(xiàn)到2015年：中小型數(shù)據(jù)中心布線將達到58億美元的投資額，而大型數(shù)據(jù)中心的布線投資額只有約26億美元。

　　另外還有來自相關標準方面的要求，目前主要針對數(shù)據(jù)中心設計的相關標準對于傳輸介質方面的選擇，萬兆銅纜（Cat6A）也已經是數(shù)據(jù)中心銅纜布線系統(tǒng)的首要選擇。

　表2數(shù)據(jù)中心布線系統(tǒng)傳輸介質選擇等級要求

　　　無論是來自設備廠家如Intel等的市場預測、專業(yè)咨詢機構如FTM的市場分析數(shù)據(jù)，還是根據(jù)相關國內外標準對傳輸介質的要求，我們都能看出萬兆銅纜在萬兆以太網應用中都將占有相當大的比例，萬兆銅纜的應用前景依然非常樂觀。

　　三、萬兆銅纜布線系統(tǒng)的思考

　　作為萬兆以太網傳輸介質之一的萬兆銅纜，和以往雙絞線最大的區(qū)別就在于需要解決外部串擾（AXT）的影響，外部串擾被認為是萬兆以太網最重要的噪聲來源、具有統(tǒng)計隨機性，其引起的危害無法通過網絡設備上的DSP（數(shù)字信號處理器）得以消除。隨著萬兆端口出貨量的上升，相應的端口成本也將得到大幅度的下降，導致10GBase-T和10GBase-SR之間的成本優(yōu)勢越來越低。再加上由于銅資源的緊缺、光進銅退的呼聲不斷，以及數(shù)據(jù)中心網絡需求和架構的變化等因素，因此萬兆銅纜布線系統(tǒng)的應用也存在相當多的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)主要來自于三個方面：銅纜本身的、設備因素以及網絡應用和架構因素。

　　1、萬兆銅纜本身的影響因素

　　銅纜在傳輸萬兆數(shù)據(jù)時所對應的頻率達到500MHz，在如此高頻率下的傳輸性能對于外界干擾非常敏感，因此萬兆銅纜需要解決的問題必須包含兩部分：線纜本身線對間的串擾（NEXT）；來自相鄰線纜線對間的串擾（AXT）。NEXT可以通過對不同線對設計合適的絞距加以消除，這一技術已經非常成熟。AXT則主要是來自于不同線纜間的相同線對，僅僅通過設計合適的絞距無法消除這類干擾，這就需要對布線結構進行特殊的設計，比如通過增大線纜直徑、增加配線架模塊間隔或采用屏蔽技術等消除，如圖2的萬兆銅纜結構。

　　根據(jù)相同外徑圓的層絞特點，在每根線纜的周圍有6根其他線纜對它的影響最為嚴重（一般也只需要考慮周圍6根線纜的影響），如圖3所示。因此測試方面也和傳統(tǒng)的測試方法有所不同。當選擇非屏蔽萬兆銅纜布線系統(tǒng)時，必須要通過6+1的測試才能確保整個系統(tǒng)滿足萬兆傳輸?shù)囊螅?+1相關實驗室測試方法如圖4。

　　在施工方面，由于萬兆銅纜尤其是非屏蔽銅纜的外徑較大，施工中對線纜的捆扎要求也較高，在填充率相對固定的情況下，線槽或橋架的走線密度無疑將會大大下降。一根144芯的預連接光纜的直徑約15mm，其傳輸容量相當于72根直徑約8.0mm的萬兆銅纜，如圖5。對于要求高密度布線的數(shù)據(jù)中心來說，選擇萬兆銅纜布線系統(tǒng)將面臨極大的挑戰(zhàn)。

　　2、設備因素

　　綜合布線系統(tǒng)在整個弱電項目中的占比只有5~10%，因此是選擇萬兆銅纜布線系統(tǒng)還是光纜布線系統(tǒng)取決于項目所選擇的設備端口。然而設備采用何種端口，取決于多方面的因素，其中最重要的兩點就是成本和能耗。

　　在當前情況下，基于10GBase-T的10GbE端口仍然具有相當大的成本優(yōu)勢，然而隨著萬兆光端口出貨量的大幅度上升、技術的不斷成熟和完善，其價格將會有一個顯著的下降，比如Mellanox公布的最新價格中MellanoxSX1016，1U64端口10GbE交換機成本已經下降到了188美元每端口，由此萬兆銅纜作為傳輸介質的成本優(yōu)勢也將逐漸削弱。

　　一份來自IT168網站有關《2010年綠色數(shù)據(jù)中心應用及發(fā)展調查報告》顯示，對于機房來說除了空間緊張就是能源消耗最為頭疼，如圖6，如何降低能源消耗是目前數(shù)據(jù)中心設計時必須要考慮的問題。

　　基于10GBase-T的萬兆銅纜連接器10G-T的端口能耗達到了5W/端口，而相同傳輸容量下的光端口SFP+的能耗只有1.5W/端口，光端口的能耗只有銅端口的30%，如圖7。根據(jù)經驗每節(jié)約1單位的端口能源消耗、將為整個數(shù)據(jù)中心帶來2.6單位的其他配套能源消耗。一個端口數(shù)量為1萬的數(shù)據(jù)中心，每年節(jié)省的電力費用就達到87萬元之多。在端口能耗方面，就目前的端口能耗狀況，SFP+有著絕對的優(yōu)勢。

　　3、網絡應用及架構因素

　　隨著云計算、虛擬化等新技術的應用逐漸商業(yè)化，網絡應用對于數(shù)據(jù)流量的速度要求越來越高，下一代數(shù)據(jù)中心的布線系統(tǒng)將主要圍繞40G/100G展開，目前正式發(fā)布的標準IEEE802.3ba中規(guī)定了幾種不同的接口模式，但基于多模光纖的方式在局域網與數(shù)據(jù)中心中將逐步成為主流，萬兆銅纜目前還沒有標準可以支持40G/100G的應用。雖然ISO11801的一個工作組正在討論利用銅纜支持40G/100G網絡的可行性，但是否采納這一觀點預計要到2014年才會有明確結果。

　　隨著數(shù)據(jù)中心單柜密度越來越高，云計算數(shù)據(jù)中心將普遍采用TOR（TopofRack）的網絡架構，而云計算數(shù)據(jù)中心以機柜為單位的產業(yè)化理念方式，意味著水平鏈路中的銅纜布線將大大縮減，數(shù)據(jù)中心內布線系統(tǒng)將主要由光纜組成，而預連接光纜與快速部署的數(shù)據(jù)中心產業(yè)化理念相一致，將得到更加廣泛的應用。

　　另外一項新興數(shù)據(jù)中心——集裝箱數(shù)據(jù)中心的出現(xiàn)也將會對萬兆銅纜的應用產生相當大的沖擊，集裝箱式數(shù)據(jù)中心對布線系統(tǒng)的一大特點：快速部署，要求用于柜內的布線系統(tǒng)能快速安裝，具備即插即用特點的預連接光纖系統(tǒng)是理想的選擇。它的另一個特點：高密度，用于安裝數(shù)據(jù)中心的集裝箱容量有限，為了將更多的空間留給網絡和服務設備，高密度的光纖布線系統(tǒng)更加節(jié)約內部空間。

　　四、結束語

　　隨著TIA568B.2-10和ISO/IEC11801等萬兆銅纜（Cat6A、ClassEA）標準的頒布，萬兆銅纜已經越來越多的被應用于各類數(shù)據(jù)中心的布線系統(tǒng)中，由于萬兆銅纜對應的設備端口成本相對較低，同時設備端口連接器的安裝和維護都比較簡單和方便，再加上萬兆以太網應用的持續(xù)增加，因此萬兆銅纜在相當長的一段時間內都將成為綜合布線系統(tǒng)的主要傳輸介質。

　　然而，隨著網絡應用對帶寬需求的進一步提高，數(shù)據(jù)中心布線TOR架構和集裝箱數(shù)據(jù)中心的大量被采用，萬兆銅纜將面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。萬兆端口出貨量的增加，一方面可以增加萬兆銅纜的需求，另一方面隨之帶來的萬兆光纖端口成本下降也將逐步減少10GBase-T在成本方面的優(yōu)勢，從而影響萬兆銅纜的可持續(xù)需求增長。

　　總而言之，萬兆銅纜的機會和挑戰(zhàn)并存，相信當其他技術在發(fā)展的時候，以萬兆銅纜作為傳輸介質的10GBase-T相關技術也會不斷地得到發(fā)展，其應用前景的機會將大于挑戰(zhàn)。

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