前言

　　基于云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)對(duì)于帶寬的需求越來(lái)越高，尤其在云計(jì)算環(huán)境下的數(shù)據(jù)中心將大量基于虛擬化技術(shù)，從而最大化的提高服務(wù)器設(shè)備的利用率，這就需要更高的帶寬布線系統(tǒng)來(lái)支持云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)通信，10G（萬(wàn)兆以太網(wǎng)）應(yīng)用已經(jīng)成為主流，40G/100G作為云計(jì)算數(shù)據(jù)中心主干的發(fā)展也將越來(lái)越多的被成為用戶關(guān)注與試用。

　　隨著ISO/IEC11801以及ANSI/TIA568C.2等主流標(biāo)準(zhǔn)對(duì)萬(wàn)兆銅纜性能的定義，基于銅纜作為傳輸介質(zhì)的萬(wàn)兆以太網(wǎng)已經(jīng)大量應(yīng)用于各類數(shù)據(jù)中心的布線中，加上銅產(chǎn)品設(shè)備在成本上的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，與千兆以太網(wǎng)類似的、萬(wàn)兆銅纜（超六類銅纜）將在萬(wàn)兆以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)上占有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。

　　一、萬(wàn)兆以太網(wǎng)的發(fā)展?fàn)顩r

　　自上世紀(jì)70年代提出并實(shí)現(xiàn)以來(lái)，以太網(wǎng)憑借自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)占據(jù)了全球局域網(wǎng)市場(chǎng)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(wǎng)絡(luò)教學(xué)、視頻會(huì)議以及BT下載等新技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，甚至由于病毒導(dǎo)致的帶寬占用，都令用戶的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)于帶寬的需求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的千兆網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無(wú)法滿足支持現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)的需求，不僅僅數(shù)據(jù)中心的主干網(wǎng)絡(luò)要求萬(wàn)兆以太網(wǎng)的支持，當(dāng)前相當(dāng)多樓宇布線的數(shù)據(jù)主干網(wǎng)絡(luò)也已經(jīng)開始大量采用萬(wàn)兆以太網(wǎng)。

　　根據(jù)英特爾的預(yù)測(cè)2011年萬(wàn)兆端口使用量將突破500萬(wàn)，IDC預(yù)計(jì)到2013年萬(wàn)兆以太網(wǎng)出貨量會(huì)首次超過千兆網(wǎng)。對(duì)于服務(wù)器端口方面，根據(jù)一份來(lái)自Intel&Broadcom在2007年的預(yù)測(cè)報(bào)告可以看出：在未來(lái)的5年里，萬(wàn)兆服務(wù)器設(shè)備將得到大規(guī)模的使用，如圖1。

　　來(lái)自數(shù)據(jù)分析研究機(jī)構(gòu)的市場(chǎng)分析數(shù)據(jù)也表明萬(wàn)兆以太網(wǎng)在數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模應(yīng)用，根據(jù)CrehanResearch的市場(chǎng)分析報(bào)告，目前全球大約安裝了1.70億個(gè)1GbE數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器級(jí)端口，大約安裝了2500萬(wàn)個(gè)10GbE端口、10GbE目前僅占所有已安裝的以太網(wǎng)端口的13%。CrehanResearch預(yù)計(jì)2012年10GbE將增至年度市場(chǎng)總出貨量的37%，到2014年它將成為占據(jù)統(tǒng)治地位和事實(shí)上的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)連接；TheLinleyGroup今年1月的分析報(bào)告也預(yù)測(cè)10GbE將會(huì)有很大的增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2014年10GbE網(wǎng)卡/LOM（LanOnMotherboard，主板自帶以太網(wǎng)接口）的出貨量將超過1600萬(wàn)。

　　為滿足不同領(lǐng)域應(yīng)用以及相關(guān)傳輸條件的要求，自2002年第一個(gè)萬(wàn)兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3ae發(fā)布以來(lái)，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(wàn)兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。再加上其他相關(guān)規(guī)范，萬(wàn)兆以太網(wǎng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)超過10個(gè)，按照不同的應(yīng)用范圍可以分為三類：1、基于光纖的局域網(wǎng)萬(wàn)兆以太網(wǎng)規(guī)范；2、基于雙絞線的局域網(wǎng)萬(wàn)兆以太網(wǎng)規(guī)范；3、基于光纖的廣域網(wǎng)萬(wàn)兆以太網(wǎng)規(guī)范。各種萬(wàn)兆以太網(wǎng)傳輸協(xié)議之間的對(duì)比關(guān)系見表1。

　　二、萬(wàn)兆銅纜布線系統(tǒng)的應(yīng)用

　　2002年頒布的IEEE802.3ae萬(wàn)兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是基于以光纖為傳輸介質(zhì)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(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。在2006年萬(wàn)兆的光交換機(jī)端口的發(fā)貨量只有30萬(wàn)，相比同時(shí)期1000Base-T每個(gè)月就有5-6百萬(wàn)端口的發(fā)貨量。

　　為加快萬(wàn)兆以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用并降低成本，以滿足將來(lái)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用的發(fā)展需求，在2002年末，10GBase-T委員會(huì)主席Mr.BradBooth召集了一次會(huì)議，提出了發(fā)展基于100米雙絞線應(yīng)用的萬(wàn)兆以太網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)。在經(jīng)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(wàn)兆以太網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)，10GBase-T傳輸協(xié)議下的萬(wàn)兆以太網(wǎng)成本只有10GBase-SR的60%左右、得到了非常明顯的降低。標(biāo)準(zhǔn)制定者依靠：損耗消除、模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換、線纜增強(qiáng)和編碼改進(jìn)4項(xiàng)技術(shù)構(gòu)件使10GBase-T變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

　　10GBase-T萬(wàn)兆以太網(wǎng)可提供10倍于千兆以太網(wǎng)的傳輸帶寬，也提供了諸多面向虛擬機(jī)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(hù)都非常方便，同時(shí)又很好的兼容了以往的千兆、百兆以太網(wǎng)絡(luò)，因此10GBase-T被認(rèn)為是未來(lái)市場(chǎng)上最有可能大規(guī)模采用的萬(wàn)兆技術(shù)。因此對(duì)應(yīng)于10GBase-T采用的RJ45接口方式，萬(wàn)兆銅纜（水平雙絞線）在萬(wàn)兆以太網(wǎng)傳輸介質(zhì)中所占的比例將大大增加，根據(jù)Intel的市場(chǎng)預(yù)測(cè)在2012年10GBase-T在萬(wàn)兆以太網(wǎng)中所占的比例將達(dá)到36%、2013年這一比例還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大到44%。

　　一份基于數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的、來(lái)自FTM咨詢公司發(fā)布的數(shù)據(jù)也說(shuō)明：在數(shù)據(jù)中心布線中，銅纜布線相對(duì)于光纜布線所占比例更高。報(bào)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(dá)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(lái)自相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方面的要求，目前主要針對(duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于傳輸介質(zhì)方面的選擇，萬(wàn)兆銅纜（Cat6A）也已經(jīng)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(zhì)選擇等級(jí)要求

　　　無(wú)論是來(lái)自設(shè)備廠家如Intel等的市場(chǎng)預(yù)測(cè)、專業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)如FTM的市場(chǎng)分析數(shù)據(jù)，還是根據(jù)相關(guān)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)傳輸介質(zhì)的要求，我們都能看出萬(wàn)兆銅纜在萬(wàn)兆以太網(wǎng)應(yīng)用中都將占有相當(dāng)大的比例，萬(wàn)兆銅纜的應(yīng)用前景依然非常樂觀。

　　三、萬(wàn)兆銅纜布線系統(tǒng)的思考

　　作為萬(wàn)兆以太網(wǎng)傳輸介質(zhì)之一的萬(wàn)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?dāng)_（AXT）的影響，外部串?dāng)_被認(rèn)為是萬(wàn)兆以太網(wǎng)最重要的噪聲來(lái)源、具有統(tǒng)計(jì)隨機(jī)性，其引起的危害無(wú)法通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）得以消除。隨著萬(wàn)兆端口出貨量的上升，相應(yīng)的端口成本也將得到大幅度的下降，導(dǎo)致10GBase-T和10GBase-SR之間的成本優(yōu)勢(shì)越來(lái)越低。再加上由于銅資源的緊缺、光進(jìn)銅退的呼聲不斷，以及數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)需求和架構(gòu)的變化等因素，因此萬(wàn)兆銅纜布線系統(tǒng)的應(yīng)用也存在相當(dāng)多的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)主要來(lái)自于三個(gè)方面：銅纜本身的、設(shè)備因素以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和架構(gòu)因素。

　　1、萬(wàn)兆銅纜本身的影響因素

　　銅纜在傳輸萬(wàn)兆數(shù)據(jù)時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率達(dá)到500MHz，在如此高頻率下的傳輸性能對(duì)于外界干擾非常敏感，因此萬(wàn)兆銅纜需要解決的問題必須包含兩部分：線纜本身線對(duì)間的串?dāng)_（NEXT）；來(lái)自相鄰線纜線對(duì)間的串?dāng)_（AXT）。NEXT可以通過對(duì)不同線對(duì)設(shè)計(jì)合適的絞距加以消除，這一技術(shù)已經(jīng)非常成熟。AXT則主要是來(lái)自于不同線纜間的相同線對(duì)，僅僅通過設(shè)計(jì)合適的絞距無(wú)法消除這類干擾，這就需要對(duì)布線結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)，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(shù)等消除，如圖2的萬(wàn)兆銅纜結(jié)構(gòu)。

　　根據(jù)相同外徑圓的層絞特點(diǎn)，在每根線纜的周圍有6根其他線纜對(duì)它的影響最為嚴(yán)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(cè)試方面也和傳統(tǒng)的測(cè)試方法有所不同。當(dāng)選擇非屏蔽萬(wàn)兆銅纜布線系統(tǒng)時(shí)，必須要通過6+1的測(cè)試才能確保整個(gè)系統(tǒng)滿足萬(wàn)兆傳輸?shù)囊螅?+1相關(guān)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法如圖4。

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

　　2、設(shè)備因素

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

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

　　一份來(lái)自IT168網(wǎng)站有關(guān)《2010年綠色數(shù)據(jù)中心應(yīng)用及發(fā)展調(diào)查報(bào)告》顯示，對(duì)于機(jī)房來(lái)說(shuō)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(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮的問題。

　　基于10GBase-T的萬(wàn)兆銅纜連接器10G-T的端口能耗達(dá)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(jīng)驗(yàn)每節(jié)約1單位的端口能源消耗、將為整個(gè)數(shù)據(jù)中心帶來(lái)2.6單位的其他配套能源消耗。一個(gè)端口數(shù)量為1萬(wàn)的數(shù)據(jù)中心，每年節(jié)省的電力費(fèi)用就達(dá)到87萬(wàn)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(duì)的優(yōu)勢(shì)。

　　3、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及架構(gòu)因素

　　隨著云計(jì)算、虛擬化等新技術(shù)的應(yīng)用逐漸商業(yè)化，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對(duì)于數(shù)據(jù)流量的速度要求越來(lái)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(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)與數(shù)據(jù)中心中將逐步成為主流，萬(wàn)兆銅纜目前還沒有標(biāo)準(zhǔn)可以支持40G/100G的應(yīng)用。雖然ISO11801的一個(gè)工作組正在討論利用銅纜支持40G/100G網(wǎng)絡(luò)的可行性，但是否采納這一觀點(diǎn)預(yù)計(jì)要到2014年才會(huì)有明確結(jié)果。

　　隨著數(shù)據(jù)中心單柜密度越來(lái)越高，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心將普遍采用TOR（TopofRack）的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，而云計(jì)算數(shù)據(jù)中心以機(jī)柜為單位的產(chǎn)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(nèi)布線系統(tǒng)將主要由光纜組成，而預(yù)連接光纜與快速部署的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)化理念相一致，將得到更加廣泛的應(yīng)用。

　　另外一項(xiàng)新興數(shù)據(jù)中心——集裝箱數(shù)據(jù)中心的出現(xiàn)也將會(huì)對(duì)萬(wàn)兆銅纜的應(yīng)用產(chǎn)生相當(dāng)大的沖擊，集裝箱式數(shù)據(jù)中心對(duì)布線系統(tǒng)的一大特點(diǎn)：快速部署，要求用于柜內(nèi)的布線系統(tǒng)能快速安裝，具備即插即用特點(diǎn)的預(yù)連接光纖系統(tǒng)是理想的選擇。它的另一個(gè)特點(diǎn)：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(wǎng)絡(luò)和服務(wù)設(shè)備，高密度的光纖布線系統(tǒng)更加節(jié)約內(nèi)部空間。

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　隨著TIA568B.2-10和ISO/IEC11801等萬(wàn)兆銅纜（Cat6A、ClassEA）標(biāo)準(zhǔn)的頒布，萬(wàn)兆銅纜已經(jīng)越來(lái)越多的被應(yīng)用于各類數(shù)據(jù)中心的布線系統(tǒng)中，由于萬(wàn)兆銅纜對(duì)應(yīng)的設(shè)備端口成本相對(duì)較低，同時(shí)設(shè)備端口連接器的安裝和維護(hù)都比較簡(jiǎn)單和方便，再加上萬(wàn)兆以太網(wǎng)應(yīng)用的持續(xù)增加，因此萬(wàn)兆銅纜在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)都將成為綜合布線系統(tǒng)的主要傳輸介質(zhì)。

　　然而，隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對(duì)帶寬需求的進(jìn)一步提高，數(shù)據(jù)中心布線TOR架構(gòu)和集裝箱數(shù)據(jù)中心的大量被采用，萬(wàn)兆銅纜將面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。萬(wàn)兆端口出貨量的增加，一方面可以增加萬(wàn)兆銅纜的需求，另一方面隨之帶來(lái)的萬(wàn)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(shì)，從而影響萬(wàn)兆銅纜的可持續(xù)需求增長(zhǎng)。

　　總而言之，萬(wàn)兆銅纜的機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)并存，相信當(dāng)其他技術(shù)在發(fā)展的時(shí)候，以萬(wàn)兆銅纜作為傳輸介質(zhì)的10GBase-T相關(guān)技術(shù)也會(huì)不斷地得到發(fā)展，其應(yīng)用前景的機(jī)會(huì)將大于挑戰(zhàn)。

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