К настоящему моменту в мире используется свыше 70 миллиардов метров кабельной инфраструктуры Ethernet на базе UTP кабелей категорий 5е и 6. Это 90% от всей инсталлированной базы. Это также означает, что до недавнего времени такая инфраструктура не поддерживала скорости свыше 1Гбит/с (1000 BASE-T) — для полноценной поддержки стандарта 10G BASE-T требуется кабель категории не ниже Cat 6a.
Для индустрии это не являлось проблемой до тех пор, пока не стали появляться технологии, требующие массового использования подключений со скоростями выше 1Гбит/с. И здесь катализатором процесса стала ратификация беспроводных стандартов 802.11ac Wave2 – беспроводные точки доступа, поддерживающие данный стандарт, способны обеспечить своим клиентам полосу пропускания 3.8Гбит/с или 6.5Гбит/с.
Подключение таких точек доступа к сетевой инфраструктуре с помощью кабелей Cat 5e и Cat6 очевидным образом ограничивает доступную полосу пропускания уровнем 1Гбит/с и нивелирует возможности нового беспроводного стандарта. Логичным выходом стало бы использование уже существующего стандарта 10G BASE-T, но это, во-первых, потребовало бы модернизации практически всей кабельной инфраструктуры, как минимум до категории Cat 6a, а, во-вторых, потенциально увеличило стоимость самих точек доступа 802.11ac Wave2 и сетевой инфраструктуры, к которой они подключаются.
Рис. 1 — Эволюция беспроводных стандартов 802.11
В 2014 году в индустрии стали активно обсуждать возможность использования существующей инфраструктуры на базе UTP для скоростей более 1Гбит/с и менее 10Гбит/с. Так в октябре 2014 года было объявлено об организации NBASE-T альянса, среди основателей которого были такие компании, как Cisco, Intel, Marvell и другие. Целью альянса стало обсуждение и подготовка к ратификации стандартов 2.5G BASE-T и 5G BASE-T. Краеугольным камнем работы альянса стала совместимость таких стандартов с массово используемыми категориями Cat 5e и Cat 6. Следует отметить, что в индустрии были и другие инициативные группы, которые решали сходную задачу, но в конечном итоге именно результат работы NBASE-T альянса стал основой стандарта IEEE 802.3bz, который описал применение скоростей 2.5Гбит/с и 5Гбит/с в рамках стандарта Ethernet 802.3 и был ратифицирован в сентябре 2016 года.
Возвращаясь к работе альянса NBASE-T, имеет смысл разобраться, каким образом удалось в столь короткие сроки создать технологии, отвечающие поставленным требованиям. Для этого следует сначала вспомнить, что определяет возможную скорость передачи в рамках стандарта Ethernet. Ключевыми элементами здесь являются:
• Частотный канал, доступный для передачи данных в кабеле и который определяется категорией UTP кабеля. Так для Cat 5e этот канал составляет 100МГц, для Cat 6 – 250МГц, а для Cat 6a – 500МГц.
• Тип кодирования сигнала и схема коррекции ошибок (FEC), которые фактически определяют сколько бит в секунду можно передать в 1Гц доступного частотного диапазона. Для стандарта 1000 BASE-T, например, используется кодирование PAM-5 со схемой коррекции ошибок TCM, что позволяет кодировать 4 бит/с на 1Гц доступной полосы пропускания. А стандарт 10G BASE-T использует в свою очередь кодирование PAM-16/DSQ-128 со схемой коррекции ошибок LDPC, что позволяет в 1 Гц передать уже 6.25 бит/сек.
• Наконец, любой кабель UTP содержит несколько витых пар (обычно 2 или 4), каждая из которых может использоваться для независимой и параллельной передачи данных. Для примера, стандарт 1000 BASE-T использует 4 витые пары.
Учитывая сказанное, стандарт 1000 BASE-T требует частотный канал шириной 62.5 МГц, что позволяет использовать для этого стандарта любой кабель категории 5e и выше. 10G BASE-T, несмотря на более эффективную технологию кодирования-модуляции требует частотный канал 400 МГц, что достижимо только на категориях 6а и выше.
Рис. 2 — Поддержка стандартов IEEE 802.3 Ethernet различными категориями UTP
В рамках поставленной перед альянсом NBASE-T задачи можно сделать несколько основных выводов:
• Для достижения скоростей 2.5Гбит/с и 5Гбит/с в UTP кабеле категорий 5e и 6 достаточно использовать одновременно более эффективную (чем в 1000 BASE-T) схему кодирования и немногим более (в сравнении с тем же 1000 BASE-T) широкий частотный канал.
• Используя уже доступные схемы PAM-16/DSQ-128 в комбинации с LDPC, для передачи 2.5Гбит/с необходим частотный канал 100 МГц (4 пары * 6.25 бит/с * 100МГц = 2.5 Гбит/сек), а для 5Гбит/с – 200 МГц, что полностью соответствует возможностям UTP категорий 5e и 6 соответственно.
• Для реализации подобной технологии необходима не только программная, но и аппаратная поддержка в оборудовании
Еще в 2015 году – за год до ратификации стандарта IEEE 802.3bz – компания Cisco реализовала такую технологию в своих коммутаторах серий Catalyst 3560-CX, 3850, 4500E, а затем и в Catalyst 3650, назвав технологию – MultiGigabit Ethernet. Следом были анонсированы беспроводные точки доступа стандарта 802.11ac Wave2 серии Cisco AP 3800. В этих коммутаторах и точках доступа, наряду с классическими портами Gigabit и 10 Gigabit Ethernet, появились порты MultiGigabit, которые в зависимости от подключенного типа и длины UTP кабеля поддерживают скорости 1Гбит/с, 2.5Гбит/с, 5Гбит/с и 10Гбит/с. Для удобства Cisco визуально маркирует MultiGigabit порты специальной синей полосой.
Рис. 3 — Портфолио продуктов Cisco с поддержкой технологии MultiGigabit/802.3bz
Как уже было отмечено, в сентябре 2016 года результат работы NBASE-T альянса успешно трансформировался в официальный стандарт IEEE 802.3bz. Следует отметить, что между технологией Cisco MultiGigabit и стандартом 802.3bz есть незначительные отличия:
• Для процесса auto-negotiation используются разные типы сообщений
• MultiGigabit в отличие от 802.3bz обладает дополнительными возможностями по принудительному изменению скорости порта в случае возникновения помех в канале, которые отсутствовали на момент первоначальной установки соединения. В рамках 802.3bz такая возможность является опциональной.
Для полного соответствия стандарту IEEE 802.3bz Cisco уже выпустила или выпустит в ближайшее время (точная дата релиза зависит от продукта) обновление программного обеспечения для всех Cisco MultiGigabit устройств.
Помимо очевидных преимуществ при использовании в беспроводных сетях технологии MultiGigabit/802.3bz обладают дополнительными возможностями для заказчиков Cisco. MultiGigabit порты могут использоваться не только для подключения точек доступа, но и, например, для расширения полосы пропускания между коммутаторами на уровне доступа и распределения. Немаловажно, что все порты MultiGigabit поддерживают технологии Power-over-Ethernet (PoE, PoE+ и UPoE).
Используя технологию MultiGigabit Ethernet (IEEE 802.3bz), заказчики Cisco уже сегодня качественно повышают эффективность существующей кабельной инфраструктуры, получают возможность реализовать все преимущества новых беспроводных стандартов и значительно повысить доступную полосу пропускания, сохраняя при этом собственные инвестиции.
Дополнительные ссылки:
Коммутаторы Cisco Catalyst c поддержкой технологии MultiGigabit/802.3bz
Автор: Cisco
