Jak przyspieszyć sieć Ethernet 1Gbit?

Nowe protokoły (też) dla sieci kat. 5e i 6.

Jak przyspieszyć sieć Ethernet 1Gbit?

Stały i szybki rozwój różnorodnych technologii wymusza jednocześnie wzrost zapotrzebowania na prędkości przesyłu w sieciach szerokopasmowych i lokalnych sieciach komputerowych LAN. Jeszcze kilka lat temu typowym standardem w sieciach szerokopasmowych była możliwość transferu na poziomie kilkunastu do kilkudziesięciu Mbit/s, co było prędkościami znacząco niższymi niż to, co oferowały wówczas zazwyczaj instalowane sieci LAN, czyli 1 Gbit/s (standard Ethernet 1000Base-T). W międzyczasie sieci szerokopasmowe „przyspieszyły” i aktualnie prędkości rzędu 500-1000 Mbit/s nie są niczym nadzwyczajnym. Także w sieciach lokalnych zaszły duże zmiany, coraz więcej sieci wykonuje się w standardzie okablowania kategorii 6A, które umożliwiają wykorzystanie protokołów 2.5/5/10 Gbit/s, a w okablowaniu kategorii 8.1 (klasa I sieci) dostępna jest nawet prędkość 25/40 Gbit/s, przy zachowaniu standardu interfejsu RJ45. Co jednak mają zrobić dotychczasowi użytkownicy sieci kat. 5e i 6, gdzie maksymalna prędkość to 1 Gbit/s? Pomimo pojawienia się już dość dawno standardu 10GBase-T w okablowaniu kat. 6A, to jednak wciąż jest on standardem wykorzystywanym w sieciach szkieletowych, a komputery przenośne i stacje robocze nadal działają zazwyczaj ze standardem 1000Base-T (1 Gbit/s).

Naprzeciw wychodzą standardy protokołów 2.5GBase-T i 5GBase-T, wchodzące w zakres specyfikacji IEEE 802.3bz, przy okazji których możemy zauważyć pojawienie się nie do końca właściwych danych. Na rynku pojawiły się już pierwsze urządzenia aktywne umożliwiające wykorzystanie tych standardów, przy czym informacje, że do pracy z tymi protokołami i uzyskania większych szybkości wystarczy sieć kat. 5e lub 6 są nie do końca uzasadnione. Te nowe standardy pojawiły się w 2016 roku w wersji roboczej draft i wówczas faktycznie wyglądało, że zostaną one przypisane do sieci klasy D i E. Niestety w toku przygotowywania finalnej specyfikacji okazało się, że nie we wszystkich przypadkach te standardy będą mogły działać poprawnie w sieciach klasy D (komponenty kat. 5e) i klasy E (komponenty kat. 6). Stąd też w 2018 roku w aktualizacji norm okablowania strukturalnego ISO 11801 i EN-50173-1 znajdujemy, że minimalnym standardem sieci, w której mogą działać jest sieć klasy Ea (komponenty kat. 6A). Dlaczego tak się stało?

Jak przyspieszyć sieć Ethernet 1Gbit?

Ponieważ okazało się, że w przypadku prędkości >1Gbit/s, analogicznie jak przy standardzie 10GBase-T dla potwierdzenia prawidłowej pracy istotne staje się badanie nie tylko zakłóceń wynikających z poszczególnych par w przewodzie transmisyjnym, ale także wpływu przesłuchów z najbliższego otoczenia, z przewodów sąsiadujących z przewodem testowanym. Przesłuchy obce, z ang. Alien Cross Talk (AXT) powodują, że w przypadku okablowania nieekranowanego należy badać wg przyjętego modelu matematycznego wpływ otaczających kilkunastu przewodów, co w praktyce jest możliwe wyłącznie w warunkach laboratoryjnych. Jednocześnie jednak, w przypadku okablowania ekranowanego kat. 6A wpływ przesłuchów obcych AXT jest już znikomy (dzięki podwójnemu ekranowaniu stosowanemu w przewodach tej kategorii), stąd też można je przy testowaniu pominąć.

Jak w takim razie wygląda sprawa z okablowaniem kat. 5e i 6? Tutaj właśnie ze względu na wpływ zakłóceń AXT nie udało się przypisać standardów 2.5GBASE-T i 5GBase-T do „starszych” sieci. W praktyce analizuje się poziom wartości ALSNR (ang. alien limited signal to noise ratio), będący wynikiem połączenia obliczeń strat wtrąceniowych oraz przesłuchów obcych NEXT i FEXT. To właśnie ocena przesłuchów obcych jest jednym z kluczowych czynników możliwości „przyspieszenia”. Tym samym w ogólnym rozumieniu, czyli w każdej sieci wykonanej w kategorii 5e i 6, ze względu na wpływ zakłóceń z sąsiednich przewodów transmisyjnych nie w każdej sytuacji jest zapewnione uzyskanie prędkości 5 Gbit/s, czy też nawet 2.5Gbit/s. Oprócz ograniczeń wynikających z wewnętrznych parametrów okablowania w specyfikacji kategorii 5e i 6, wpływ na to będzie miała także jakość zainstalowanego okablowania, warunki jego instalacji, długości torów oraz sposób połączenia ich w wiązki. Zasada przy tym jest dość oczywista: im bardziej wymagający protokół i dłuższy tor, czy też im ciaśniej spięte wiązki kabli, tym większe prawdopodobieństwo, że nie spełni on wymagań tych standardów, ponieważ w tych przypadkach wzrasta ryzyko przekroczenia dopuszczalnego poziomu przesłuchów obcych. Stąd też stwierdzenie, że urządzenie aktywne z portami standardu 2.5GBase-T działa na sieci kat. 5e, czy nawet kat. 6, bez określenia dodatkowych warunków, jest nieuprawnione i błędne. Pozornie będzie działać, w praktyce ze względu na zakłócenia z sąsiadujących torów realny transfer będzie niższy od oczekiwanego, a koszty poniesione na modernizację i przyspieszenie działania sieci nie odniosą oczekiwanego skutku. Takie urządzenie może działać z szybszym protokołem lub nie, a będzie to zależało od uprzednio wymienionych czynników.

Jak przyspieszyć sieć Ethernet 1Gbit?

Na szczęście nie musimy zgadywać, jednak każdy przypadek wymaga indywidualnej analizy, której celem jest właściwy wybór torów, które mogą rokować, że będą prawidłowo działać, a analiza tę powinno się uzupełnić o dodatkowe testy, które zależeć będą od dostępu do odpowiednich urządzeń testujących.

Po pierwsze możemy sprawdzić, czy dane tory okablowania spełniają wymagania standardu 2.5GBase-T lub 5GBase-T, tzn. czy dany protokół ma szansę działać na danym torze. Możliwość przeprowadzenia testów protokołów 2.5GBase-T i/lub 5GBase-T zapewniają zaawansowane mierniki certyfikacyjne okablowania np. firmy Trend Networks (IDEAL) Lantek IV. W tym przypadku możemy sprawdzić okablowanie, a same testy warto przeprowadzać w trakcie pracy sieci (aby na wydzielony w danym momencie z pracy testowany tor miały wpływ działające i obciążone sąsiadujące z nim inne tory okablowania). Testy te jednak nie dadzą nam pełnej odpowiedzi, jaki jest wpływ przesłuchów obcych na pracę tych protokołów. Dlatego też jednocześnie, niezależnie od pozytywnych wyników testów, należy przeprowadzić analizę fizycznego przebiegu torów, które chcielibyśmy wykorzystać do pracy z szybszymi protokołami. W przypadku okablowania ekranowanego STP prawdopodobny wpływ zakłóceń AXT będzie mniejszy niż w przypadku okablowania nieekranowanego UTP, ale w każdym przypadku, celem minimalizacji wpływu sąsiednich torów do pracy z protokołami 2.5/5G należy kwalifikować w sieciach kat. 5e i 6 tory oddalone od siebie, nie biegnące w tych samych wiązkach kablowych. Mniej będą zakłócać się tory, które są zakończone na skrajnych pozycjach w panelach krosowych oraz jednocześnie biegnące w innych wiązkach kablowych.

W nieco korzystniejszej sytuacji stajemy, jeśli mamy dostęp do miernika typu Trend Networks (IDEAL) Signaltek 10G. W tym przypadku oprócz sprawdzenia, czy dany tor przejdzie testy samych protokołów mamy także możliwość przetestowania faktycznej przepustowości sieci. Dzięki testom obciążeniowym możemy sprawdzić, czy realna przepustowość będzie zbliżona do oczekiwanej. Testy te, podobnie jak testy protokołów, należy przeprowadzić na działającej instalacji, najlepiej w stanie „normalnego” obciążenia. Wówczas mamy szansę, że ujawni się realny wpływ zakłóceń obcych, dzięki czemu uzyskamy prawidłowe wyniki testów.

W przypadku kiedy nie uda się potwierdzić możliwości działania protokołów 2.5/5GBase-T, pozostają nam bardziej radykalne zmiany, jak zastosowanie kabli przyłączeniowych i krosowych kat. 6A, modernizacja sieci poprzez wymianę gniazd i paneli krosowych na komponenty kat. 6A, czy też pełna modernizacja sieci do klasy Ea - kategorii 6A. Podsumowując: aby przyspieszyć prędkość w sieciach klasy D (kat. 5e) i E (kat. 6) należy przeprowadzić analizę (audyt sieci) pod kątem możliwości wystąpienia zakłóceń typu Alien Cross Talk, wybierając do pracy z szybszymi protokołami tory, które nie będą się wzajemnie zakłócały oraz przetestować/sprawdzić je kątem prawidłowej pracy z protokołami 2.5/5GBase-T, wykonując także w miarę możliwości testy obciążeniowe, a w przypadku pozytywnych wyników tej analizy i testów zastosować nowe urządzenia aktywne (przełączniki sieciowe oraz karty sieciowe) umożliwiające pracę z szybszymi protokołami (oznaczone 2.5G lub 5G, albo Multi-Gigabit lub MultiGig).

Więcej nt. poruszonych w artykule zagadnień dowiecie się Państwo z webinarium, które odbędzie się 29 czerwca o godz. 11.00. --> https://www.emiter.net.pl/szkolenia/webinaria.html

Autor: mgr inż Krzysztof Strzoda

Autor posiada ponad 30 letnie doświadczenie w branży ICT i okablowaniu strukturalnym, jest kierownikiem działu okablowania strukturalnego w firmie EMITER Sp. z o.o., która jest producentem okablowania strukturalnego EmiterNet oraz dystrybutorem urządzeń certyfikujących i testujących firmy Trend Networks (dawniej IDEAL).