上面表格中的极限信噪比并不代表我们可以在这样的环境下取得满意的传输效果,如果在极限信噪比下,根据理论计算误码率大概在31%左右,这样的网络显然无法让人接受。所以IEEE规定了误码率的要求。1000Base-T/TX的误码率必须达到10-10,10GBase-T的误码率必须达到10-12,所以需要将信噪比提高一个档次(这个档次被称为Gap),根据计算10-10需要提高11.3dB, 10-12需要提高12.25dB。 同时高效的纠错编码能够降低对信噪比的要求。所以综合来看以太网传输所要求的最低信噪比的计算公式为:
系统允许最低信噪比=极限信噪比+Gap-编码增益。
经过计算我们得出了数据中心常用的三种以太网标准的系统允许最低信噪比,入下表格:
上面的表格已经得出了以太网传输所需要的最低信噪比,下面我们来看我们数据中心的传输线缆的信噪比能不能符合系统传输的要求。目前数据中心的综合布线中通常用于数据传输的主要是Cat6类,Cat6A类线缆也就部分采用(Cat5E 现在几乎没有数据中心采用做为数据传输用途了,所以不在本文研究范围之内)。信噪比可以根据标准中规定的数据根据如下公式计算出来(均假设为UTP线缆)。
SNR(dB)=信号-插入损耗-综合近端串扰-综合远端串扰-回波损耗-线间串扰(Cat 6A)-环境噪声+近端串扰处理增益+远端串扰处理增益+回波损耗处理增益。
我们来看其中的各个部分,信号我们取IEEE标准中规定的最大PSD;IL,PSNEXT,PSFEXT, RL, PSANEXT, PSAFEXT, PSAFEXT取TIA568C.2标准中的规定最小数值;环境噪音经过研究,一般数据中心内部都在-150dbm下,所以这里忽略不计。目前DSP对内部干扰的处理增益至少可以做到(SOLARFLARE的数据)
通过上面的公式和数据,我们可以计算出,在极限情况下(双绞线测试结果的余量均为0),三种以太网标准在不同布线系统上的表现。
从上面的计算结果可以看出,不考虑线外串扰的因素,千兆网络比万兆的信噪比余量要高出10多个dB ,也就意味着1000Base-T对干扰的余量是10Gbase-T的十倍以上。 这个计算结果可以说明在Cat6上运行的1000Base-T对线外串扰不敏感,甚至不使用FEXT Canceller 也可以正常运行。对Cat6 线缆要求也不高,即使线缆测试结果余量不是很大,也能够保证网络正常运行。而运行在Cat6A线缆上的10Gbase-T的情况则不容乐观,因为还要考虑ISI(inter-sybmol interfernce)干扰的因素还需要保留3-4个dB的余量。所以如果Cat6A线缆的测试结果仅过及格线,那么余量将非常紧张。当然如果采用屏蔽线缆可以不考虑线外串扰,那么余量还是绝对足够的。
四、模拟数据中心网络在Alien Crosstalk下传输的实际测
大家知道数据中心内的双绞线布线非常密集,笔者曾经遇到过在一个机柜内配960根铜缆的工程。而上面所有的结论都是理论计算得出的结果,那么如果我们模拟实际环境做一个实验,情况会如何呢?IEEE委员会当初在制定10Gbase-T 的时候曾经提交了一份报告,实际模拟了一个数据中心的6包1链路,1000Base-T在Cat 5E和Cat6 线缆上都可以做到100%通过。
千兆以太网的模拟测试
10Gbase-T当时没有做过类似的模拟,但是现在有一个研究机构正在做万兆以太网在UTP和STP上的实际传输效果测试。目前结果还没有完全公布,不过大致的结论是万兆以太网在CAT6A UTP线缆上对线外串扰非常敏感。稍有不慎,就会发生问题。 从上面的理论计算和实际测试结果都可以得出这样一个结论,目前数据中心常用的6类线上无论采用1000Base-T还是1000Base-TX都无需考虑线外串扰的问题,因为他们本身性能的余量已经足够避免这个问题。对于10Gbase-T万兆以太网,不论是UTP还是STP,如果安装良好,理论上都可以避免线外串扰造成的问题。但是考虑到目前的测试手段并没有办法能够快速的检测线外串扰的指标是否合格(安装是否良好),所以更推荐采用STP类屏蔽布线系统。经过实际测试。STP的线外串扰测试结果至少优于UTP 15个dB以上,所以基本对线外串扰做到了免疫。