陈凤霞：浅谈下一代数据中心铜缆与跳线选择

      中国IDC产业联盟讯 来自Information Gatekeepers announced最新的“数据中心布线市场” 报道，数据中心市场投资额将由2010年的16亿美元上升到2015年38亿美元、增长率达到18.9%，远高于传统布线市场13.1%的增长比率。

      另一个令人惊讶的发现是来自FTM咨询公司的：在数据中心布线中，铜缆布线相对于光缆布线所占比例更高。报道称：中小型数据中心以铜缆布线为主，而大型数据中心则主要选择光缆布线。尽管当前市场的产品是基于光进行宣传的，但是分析却发现到2015年，相比于中小型数据中心布线58亿美元的投资额，大型数据中心的布线投资额只有26亿美元。

      尽管“光进铜退”是布线市场发展的必然趋势，而在中国工程建设标准化协会信息通信委员会布线工作组（IB）上的“2010年中国布线市场发展报告”中，却将铜缆和光缆在布线中的应用比例精确到83%和17%。和布线市场类似，铜缆在数据中心的应用同样占有绝对的优势，根据一项BSRIA的新闻发布：当前铜缆和光缆在数据中心所占比例约58：42。

      通过各国对数据中心铜缆应用比例的预测，有必要对铜缆产品进行更多的关注。本文将着重介绍应用于数据中心铜缆及跳线产品的选择。

      线缆选择

      作为电子信息中枢的数据中心，需要实现信息系统高水平的可管理性、可用性、可靠性和可扩展性，保障业务的顺畅运行和服务的及时性。数据中心布线产品的选择必须要能满足信息中枢的要求，以下是相关标准对布线产品的要求：

		ANSI/TIA 942A	EN 50173-5	ISO/IEC 24764	GB 50174-2008
铜缆	对绞电缆	6A类（Class EA）	推荐6A类（Class EA）	至少6A类（Class EA）	6类（Class E）
	同轴电缆	75欧姆 同轴电缆	—	—	—
多模光缆		OM3	OM2/OM3	OM3	OM2/OM3
单模光缆		OS1	OS1/OS2	OS1	OS1

      数据中心布线系统线缆选择等级要求

      从标准中可以看出，对于铜缆的万兆以太网传输更多的将推荐6A类等级。

      线缆类别的选择

      数据中心的一个功能要求“为所有数据中心内部和外部的设备提供安全可靠的网络连接”，这一点就要求选择的布线产品必需能满足当前及未来一定时期内的要求。Cat6类铜缆是数据中心对绞电缆的最低选择，而国际标准ISO/IEC 24764将数据中心应用的对绞电缆直接定义为Cat6A，可见超六类铜缆将主导未来数据中心布线产品的应用。

      无论采用何种布线产品，数据中心建设都面临一个严峻的问题：随着全球气候日趋变暖、能源日渐紧张、能源成本不断上涨，企业中高能耗部门之一的数据中心正面临着降低能耗、提高资源利用率、节约成本的严峻挑战，构建节能型的数据中心受到越来越多数据中心管理人员和IT厂商的关注，并成为未来数据中心的必然发展趋势，节能降耗必将成为数据中心建设重点考虑的因素。如果我们以Power/Gbps方式来衡量各种协议的传输方式，采用铜缆方式时，10GBase-T的单位能耗只有1000Bast-T的1/4，可见当采用铜缆介质进行数据传输时，采用10GBase-T相对更节约能源。

      无论是国际标准规定还是能耗要求、或者应对数据增长的带宽需求，万兆以10G Best-T应用相对更有优势，相关改版的新的国际标准也是推荐万兆以太网选择Cat6A等级。先让我们来分析为什么万兆数据中心需要选择Cat6A类对绞电缆？

      各类电缆所能支持万兆的传输距离各不相同，传输距离的长短对数据中心最直接的影响就是限制其规模。以下是各类电缆所能支持万兆以太网的传输距离：

      Cat7类铜缆可以支持的带宽达到600MHz，支持万兆传输的距离为90米，甚至能满足将来40G的需求，产品的STP屏蔽方式也能很好的解决电磁干扰。但当前Cat7类对应的连接器尚没有网络设备厂家的支持，市场上Cat7类模块和跳线的成本已经远远超出同等性能的光产品（光产品的优势显而易见），如果采用Cat7线缆与Cat6A模块、跳线的组合，最后只能达到Cat6A的性能要求，而线缆成本将浪费50%以上（已经投入使用的数据中心不可能通过更换模块和跳线来升级）；STP结构导致相对较大的电缆外径（8.5mm左右），线缆布放弯曲半径要求比较大，不利于施工，另外大的直径会增加线槽和桥架的填充率，影响数据中心的散热效果；而且目前工程验收测试没备许多还不能支持到Cat7类的链路测试，实际工程应用困难重重。

      作为标准选择的万兆产品Cat6A类对绞电缆，支持的万兆传输永久链路距离达到90米，TIA568.2-10万兆标准在2008年3月已经发布（最新标准TIA568C.2），物理连接上的连接器、模块与普通Cat6类完全匹配，无论在规模、成本、测试验收各方面配套相对采用Cat6A和系统配套更为成熟。
屏蔽非屏蔽的选择

      作为支持万兆应用最理想的产品，Cat6a有屏蔽和非屏蔽两种选择，在充当信息中枢的数据中心，各种电子设备应有尽有，来自各种电子设备的电磁干扰将严重影响网络的传输安全；Cat6a类产品的传输带宽达到500MHz，在这种频率下的线间串扰（ANEXT）对传输也将产生非常大的影响。是选择屏蔽还是非屏蔽对绞电缆，先从几个方面来比较他们的优缺点：

      1、线缆结构

      线缆内部NEXT干扰可以通过线对的特殊绞距加以消除，针对具有相同绞距的外部线缆串扰，屏蔽线缆具有极强的抗电磁干扰特性，完全不用担心ANEXT的影响；而非屏蔽产品只能通过增加线缆外径来减少外部线间串扰。一般Cat6A屏蔽线缆的外径约7.5mm、而非屏蔽Cat6A产品的外径长轴接近9.0mm （线缆最大外径TIA568B.2是8.6mm、TIA568B.2-10达到9.2mm）：

      2、施工要求

      非屏蔽Cat6A除外径较大外，在施工中对线缆的捆扎也有很高的要求，捆扎较紧就将带来严重的线间串扰。对于高密度布线的数据中心，选择非屏蔽Cat6A无疑将极大的降低线槽或桥架的走线密度。具有丰富工程施工经验的施工方，施工人员还需要进行额外的培训。而具备优秀抗电磁干扰的屏蔽线缆就完全不存在这些问题，施工要求与普通Cat6屏蔽线缆一致，对施工人员的要求相对要低得多。

      3、测试要求

      屏蔽Cat6A因能抵抗外部串扰（ANEXT可以忽略），施工验收只需测试单个链路或信道性能即可；而非屏蔽Cat6A存在严重的ANEXT，验收时必须测试ANEXT才能保证所安装的万兆系统合格。一个普通链路或者信道测试的时间最快只需要10几秒，而测试一个信息点的ANEXT性能，需要30分钟左右，对6000点的非屏蔽万兆数据中心进行验收测试，每天工作24小时、仅测试就需要4个多月才能完成；同样规模的屏蔽系统测试时间不到20小时。

      4、成本比较

      Cat6A类以下产品非屏蔽成本都低于屏蔽，因此很多用户在万兆以太网系统中仍希望通过采用非屏蔽来降低成本。然而线缆生产中非屏蔽线缆铜导体线径要比屏蔽线缆大、外护套耗材远多于屏蔽线缆，因此仅原材料成本就高于屏蔽线缆；线缆出厂检验时需要增加ANEXT测试，测试设备的投入和测试时间的增加都将使Cat6A非屏蔽线缆的成本上升；再加上走线密度下降、验收测试时间超长的成本，合格的万兆非屏蔽系统整体造价将会超过屏蔽系统。

      线缆外护材料的选择

      数据中心建设的另一个功能要求是“不会对周边环境产生各种各样的危害”，这一点落实在布线上时，对线缆要求能支持一定的逃生时间（阻燃）、燃烧时不产生有毒有害气体（无卤）以及足够的可见度（低烟），因此线缆应选择LSZH材质的外皮，以符合数据中心建设的要求。

      为满足当前及未来一定时期内数据中心的功能要求，在铜缆布线系统中，笔者的观点是更推荐用户选择Cat6A屏蔽且外皮采用低烟无卤阻燃环保材料的线缆。

      跳线的选择

      水平线缆仅仅是数据中心传输系统的一个组成部分，另一个重要角色是与之对应的跳线。在分析跳线选择之前，先来看看铜跳线具有哪些特点：

      下面我们针对跳线的部分特点来进行比较详细的分析：

      电磁干扰

      当数据中心采用的是Cat6类产品时，屏蔽线缆本身具有较好的抗电磁干扰特性；对于非屏蔽产品，由于使用的频率只有250MHz，线缆的ANEXT对传输性能影响有限，主要解决NEXT的问题，要解决NEXT内部干扰可以通过线对特定的绞距结合交换机内采用DSP技术加以消除，在电缆行业已经是成熟的技术，而万兆数据中心应用的跳线，无论是非屏蔽还是屏蔽，为消除ANEXT，线缆建议全部采用屏蔽结构。据相关试验证明：采用屏蔽产品即便屏蔽非有效接地时，抗电磁干扰效果仍将比非屏蔽产品高出20%。

      柔软性要求

      相对于水平布线，专用于数据中心的“W”型（角行）配线架由于减少理线器的应用、而将布线密度增加了50%，甚至有些配线架1U空间除自带理线设备还提供36个铜接口、将布线密度提高了67%。高密度的布线使跳线的弯曲半径更小，对跳线的柔软度要求将更高。
       
      数据中心使用的跳线、尤其是屏蔽跳线，其线缆如采用传统的填充骨架结构，制作的跳线将非常硬，很难获得理想的弯曲半径。因此需要对跳线线缆的结构进行特殊设计，同时又不增加跳线的成本。

      对于屏蔽跳线，骨架填充结构一般是FTP屏蔽方式，铜导体采用AWG24（7/0.20mm）；要获得较小的弯曲半径并满足跳线单体性能稳定，STP屏蔽方式是理想的结构，考虑到跳线的长度一般都在10米以内，AWG26（7/0.16mm）的铜导体完全能满足需要。 STP屏蔽跳线线缆即能提供理想的弯曲半径，又可获得更优良的屏蔽效果，成本还能维持不变。
 
      和水平区域使用的线缆不同，跳线与水晶头连接处可能会被多次插拔，而每次插拔都有可能使水晶头内的芯线受力使其与金属端子的接触性能受到影响，一个能保护芯线不承受拉力的整体注塑结构的跳线尾套也是不可忽略的。
 
      稍稍偏长的尾套能保护芯线在跳线插拔时使拉拔力承受在护套上而不是在电缆芯线内，同时柔软度比较合适的尾套又能使跳线能获得理想的弯曲半径。

      总结

      作为信息中枢的数据中心的布线需求不仅要满足当前的应用需要，还要满足未来5年甚至10以上的数据量增长所带来的带宽要求，以Cat6A屏蔽线缆为传输介质的万兆以太网，是当前及今后较长时间内性价比相对较高的选择。为满足数据中心的高密度布线，屏蔽跳线采用无骨架填充的STP屏蔽方式，使跳线柔软以获得理想的弯曲半径。对于水平电缆在数据中心内的应用，采用Cat6A LSZH材质的屏蔽电缆将更具有优势，符合数据中心对于传输介质高带宽的要求、并实现较好的传输稳定性，同时也满足下一代数据中心节能与环保的大趋势。(本文作者陈凤霞系现供职于罗森伯格亚太电子有限公司)

     参考文献：数据中心布线系统工程应用技术白皮书，2010 年10 月