Networkworld България - брой 2, 2002 г. /
Съдържание
Нарастващото търсене на честотни канали е неоспорима тенденция както в кампус мрежите, така и междусградните опорни връзки. Това доведе до бързо внедряване на гигабитови скорости, особено след одобряването от страна на IEEE на стандарта 802.3z, който дефинира Gigabit Ethernet върху оптични влакна. Той бе приет след много дискусии и тестове от производителите на LAN електроника и кабели.
Необходимостта от гигабитови скорости се обуславя от много фактори. Има огромна промяна в структурата на обменяния трафик. В миналото около 20% от генерираните в локалната (хоризонтална) мрежа пакети се отправяха към гръбнака. Днес това неписано правило се изменило и трафикът към опорната мрежа достига до 80%. Причина за това са създадените сървърни ферми, записващи масиви и др. централизирани ресурси. Използването на частни интранет отваря вратата за внедряване на ново поколение мултимедийни приложения тип клиент/сървър. Преминаването от поделен към комутируем Ethernet в локалната мрежа, комбинирано със замяната на 10 със 100Mbps скорости, подобри работата на LAN приложенията и наложи промените в подавания към гръбнака трафик.
За разлика от предишните Ethernet спецификации за оптика, които предлагат едно решение, Gigabit Ethernet има 2, зависещи от използвания светлинен източник. Едното е 1000Base-SX (лазер с къси (short) светлинни вълни), а другото 1000Base-LX (дълги (long) вълни). Те не комуникират помежду си, т.е. и от двете страни на оптичния кабел трябва да има еднакви портове LX или SX. Двете решения обслужват различни изисквания за покривани разстояния, особено ако има и кампус гръбнак, като не се забравя и за съотношението цена/производителност. 1000Base-SX е насочено предимно към хоризонтално централизирано окабеляване и къси междусградни връзки, а 1000Base-LX е ориентирано към дълги опорни мрежи в кампус среди.
И двата типа електроника поддържа няколко вида оптични кабели и честотни спецификации. 1000BaseSX дефинира 62,5 или 50-микронни многомодови влакна, а 1000BaseLX използва многомодова или едномодова оптика, като и двете изискват лазерен източник.
Gigabit Etehrnet специфицира лазерите, тъй като LED диодите не мога доставтъчно бързо да модулират сигнала при гигабитовите скорости. Осигурявайки много по-добра работа, лазерно базираната електроника е сравнително скъпа. Днес е достъпна и малко по-евтина технология, използвана за многомодова оптика, наречена VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). Този тип лазери са ценово по-ефективни за производство, тъй като подобно на LED излъчват от повърхността и се тестват на големи полупроводникови пластини (ПП). Лазерите, излъчващи от ръба, предназначени предимно за едномодова оптика, се тестват едва след отрязването им от ПП. 1000Base-SX допуска и използването на евтините CD лазери. Експертите са единодушни, че VCSEL и CD лазерите, ще доминират във всички оптични системи, предназначени за вътрешносградни комуникации. Едномодовата оптика и лазерите с тънък фокусиран лъч си остават запазена територия за 1000Base-LX и опорните мрежи на големи разстояния.
Схема 1
LED, VCSEL и лазерни източници
Трите източника на светлинни лъчи я пращат по различен начин към стъкленото влакно. LED създава т.нар. Overfilled Launch (запълва не само ядрото на многомодовото влакно, а и целия диаметър). VCSEL са по-фокусирани от LED, концентрирайки мощността на излъчване в самото влакно. Най-тежките приложения са 1000BaseLX, които изискват лазер в активното устройство. Той генерира вълни само в центъра на многомодовото влакно.
Многомодовите оптични кабели
в двата варианта 50/125 mм и 62,5/125 mм с градиращ към сърцевината на влакното индекс на отражение, се инсталират отдавна в структурни кабелни системи. Най-важните им параметри са затихване и ширина на честотната лента, което определя капацитета на влакното. И двете величини са дефинирани за най-използваните в LAN средите светлинни дължини - 850 nm и 1300 nm. Дефинираните от ISO/IEC 11801, EN 50173 и TIA/EIA 568 стандарти за многомодова оптика са следните:
| Оптика
| Затихване при 850 nm
| Затихване при 1300 nm
| Лента при 850 nm
| Лента при 1300 nm
|
| 62,5/125 mм
| <3,5 dB/km
| <1,5 dB/km
| >200 MHz.km
| >500 MHz.km
|
| 50/125 mм
| <3,5 dB/km
| <1,5 dB/km
| >500 MHz.km
| >500 MHz.km
|
Тези стандарти дефинират максимална дължина на гръбначната мрежа 2000 м за многомодова оптика (3000 м за едномодова). Спецификациите бяха съобразени с изискванията на достъпните приложения Fast Ethernet, FDDI и ATM. С разработката на Gigabit Ethernet максималните разстояния бяха ограничени. 50/125 mм достига до 550 м както при 850, така и при 1300 nm и честотна лента 500 MHz.km. За 62,5/125 mм излъчването на 850 nm изисква над 200 MHz.km лента и разстояние до 275 м, а ако се ползват 1300 nm вълни лентата трябва да е поне 600 MHz, а дължината на връзката - до 550 м.
Тези ограничения се налагат не само заради високочестотното предаване, а и заради новите активни устройства, внедрени в Gigabit Ethernet оборудването за LAN.
Създаване на отместване
Основният проблем при светлинните лъчи от лазерен източник е, че в днешните ММ кабели (и 50/125, и 62,5/125) се получава рязък спад на отражателните характеристики в центъра на влакното (където се разпространява лъчът), резултат от производствения процес. Този различен отражателен индекс води до различна скорост на светлината и води до нейната дисперсия. Този ефект се нарича Differential Mode Delay (DMD). Той намалява ефективната честотна лента на многомодовите кабели. Новото поколение лазерно градуирани ММ нямат този дефект в центъра.
Схема 2
промени в отражателния индекс на ММ влакната
DMD
отражателен индекс
LED
лазер
За да се преодолее ефектът от DMD се използва т.нар. метод на Mode Conditioning, като в този случай се ползва Offset лъч между SM и MM влакно. Технологията се прилага обикновено в пач-връзката, която се поставя межди активното мрежово оборудване и инсталираната кабелна система. Трансмитерът (Tx) излъчва светлина в едномодово влакно и конектор, който е заварен с точно изчислено отместване (offset) за многомодово влакно, като по този начин DMD не оказва влияние върху разпространението на лъча. (вж. схема 3)
Пач-кабелите с Mode Conditioning трябва да се използват към вече изградени оптични опорни мрежи и кабелни системи, за да се получи пълния честотен капацитет и максималната за Gigabit Ethernet дистанция от 550 м. (за 1000Base LX). Доставчиците на такива пач-връзки трябва да се избират внимателно, тъй като точността на изпълнение на отместването при заваряването на двете влакна влияе на крайната производителност на цялата система.
Схема 3
SM конкектор SMF, MMF, мрежово устройство, кабелна система,
Нови стандарти за оптични връзки
готви ISO/IEC, които ще се ползват за гигабитови приложения. Подобно на разграничените при медните кабелни системи категории (5, 6 и 7), при оптичните канали също се прави класификация. Последният проект на ISO/IEC 11801 предлага следните класове канали: OF 300, OF 500 и OF 2000, поддържащи приложения по оптично влакнести връзки на разстояния съответно 300 м, 500 м и 2000 м. Затихването в тях е дадено в следната таблица:
| Канал
| Затихване при Multimode [dB/km]
|
| Затихване при Singlemode [dB/km]
|
|
|
| 850 nm
| 1.300 nm
| 1.310 nm
| 1.550 nm
|
| OF 300
| 2.55
| 1.95
| 1.80
| 1.80
|
| OF 500
| 3.25
| 2.25
| 2.00
| 2.00
|
| OF 2000
| 8.50
| 4.50
| 3.50
| 3.50
|
Освен тези отпични канали, втората версия на ISO/IEC 11801 специфицира и Оптични класове за многомодови (OM1, OM2 и OM3) и едномовдови кабели (OS1). Минималната честотна лента за OM1 при 50-микронно влакно е 200 MHz.км за 850 nm и 500 MHz.км за 1300 nm. При OM2 тези параметри са по 500 MHz.км и за двете светлинни дължини, а за ОМ3 се дефинира 1500 MHz.км при 850 nm лазер и 500 MHz.км при 1300 nm.
За постигането на новите изисквания се разработват нови многомодови влакна. Те ще са подходящо решение не само за днешните Gigabit Ethernet приложения, а и за идващите 10Gethernet на разстояния до 300 м.
AMP например пуска нов оптичен кабел OM2 Plus, при което индексът на отражение има равномерна форма в цялата сърцевина, което елиминира DMD ефекта. По този начин ефективната лента за 50-микронни влакна става 600 MHz.км (850 nm) и 1200 MHz.км (за 1300 nm). Това позволява изграждане на Gigabit Ethernet връзки на разстояния съответно до 750 м и до 2 км. Освен това OM2 Plus може да поддържа и 10 гигабита сериен пренос на дистанции до 110 м, което представлява алтернатива на бъдещата OM3 оптика за опорната мрежа.
Многомодови влакна за 10GbEthernet
Този мрежов протокол е пред стандартизиране и трябва да се има предвид при проектиране на структурната кабелна система. Съществуват следните предложения:
Приложения, базирани на едномодови влакна за WAN, MAN и кампусни опорни мрежи.
Приложения, използващи WDM мултиплексиране, базирани на многомодова оптика (за вътрешносградни гръбначни мрежи) и на едномодова оптика (за кампус мрежи).
Приложения за MM (850 nm серийна) за вътрешни опорни мрежи и хоризонтално окабеляване (fiber-to-the-desk).
Коя оптика да изберем?
Изборът на подходящ оптичен кабел става зависим от новите приложения, които потребителите ще пуснат през локалната мрежа.
Gigabit приложения в съществуващите инсталации. Много мрежи днес ползват опорна част, изградена с MM оптика. Ако потребителят е надстроил гръбнака до Gigabit Ethernet и е инсталирал ОМ1 влакна (52,5 микрона), той трябва да провери дължината на всички връзки. Те трябва да са по-къси от 275 м, за да работят с 1000Base-SX. Ако някъде разстоянието е по-голямо, вариантът 1000Base LX и пач-кабел с Mode Conditioning решава проблема, като увеличава дистанцията до 550 м.
Ако е ползвано ОМ2 кабел и 50/125 микрона влакно, могат да се ползват както 1000Base LX, така и 1000Base SX на разстояния до 550 м. (при LX заедно с Mode Conditioning). За по-дълги връзки се налага да се монтират нови типове кабели.
Нови инсталации за Gigabit приложения. Когато тепърва поставяте кабелна система, трябва непременно да имате предвид и тези приложения. Изборът може да стане според следната таблица за класовете оптика и класовете оптични канали:
| Изискван канал
| Fast Ethernet
| GigaBit Ethernet
| GigaBit Ethernet
| 10 GigaBit Ethernet
|
| Клас
| 100 Base T
| 1000 Base SX
| 1000 Base LX
| 10GBase-SR/SW
|
| OF 300
| OM 1
| OM 2
| OM 1 + M.C. [по-добре OM 2 + M.C.]
| OM 3
|
| OF 500
| OM 1
| OM 2
| OM 1 + M.C. [по-добре OM 2 + M.C.]
| OS 1
|
| OF 2000
| OM 1 няма
| OM 2 Plus
| OS 1
|
|
M.C. - Mode Conditioning
За 10 Gigabit Ethernet приложения пък са налични следните възможности:
Линия с дължина до 110 м OM2 Plus, MM влакно
Линия с дължина от 110 до 300 м OM3, MM влакно
Линия с дължина над 300 м OM, SM влакно.
(05.05.2002)
