淺析相鄰線纜串擾對網絡的影響

　　30年前，Bob Metcalf 關于“以太”作為數據傳輸的媒介的
想法促使了寬帶世界的誕生。
　　當時，這一科技基于兩種同軸電纜：粗同軸和細同軸。粗同
軸以太網能傳輸至500米的距離（定義為10Base-5）。將粗同軸技
術應用于辦公局域網絡不久，人們就都意識到了它存在的技術問
題：過大的線纜轉彎半徑；用來提供導體連接的、夾在粗同軸上
的金屬夾具非常敏感；龐大的連接終端、昂貴的收發器等等。但
是，在相當長的時間里，如果傳輸長度超過細同軸以太網的距離
限制，除了粗同軸以外沒有更合適的解決方案。
　　相比之下，細同軸以太網（也被稱為“便宜的網絡”或10Base-2，因為能傳輸200米距離）就比較可
行。細同軸以太網可以在185米的距離內最多連接30臺電腦。傳輸速率為共享傳輸速率10M比特/秒。收發器
與網卡集成在了一起，連接通道只需要簡單的無源T頭。這種方案與當今的網絡技術相比都非常節約成本和
空間，只是其性能差得多。
　　那么，今天的網絡和傳統意義的以太網到底有什么不同？
　　第一個重要的區別是同軸電纜是屏蔽的（我們在后面會進一步討論到這個特性）；而今天，盡管有些
用戶堅持采用屏蔽技術，仍然有高達85%的已經安裝的網絡采用的是非屏蔽雙絞線（UTP）系統。
　　10年后的80年代末化布線徹底打破了以前的布線結構：與采用一根電纜和與之連接的若干T型適配器連
接30臺(現實中一般10臺)電腦不同，我們現在是通過獨立的電纜把分配中心與每臺計算機連接起來。結構
化單獨布線布線概念和結構使得我們今天可以以如此高的傳輸速率進行網絡傳輸–每個用戶千兆位比特級
別的獨享帶寬！
歷史和未來
　　回顧歷史，在以太網發明（1974）的15年以后（1989），布線的拓撲結構迅速 “結構化”，由總線變
為星型結構。現在， 由于10Gb萬兆網絡需要新的網絡特性，看起來在另一個15年后的2005年，我們將再一
次經歷布線的巨變，如屏蔽技術將再次成為主流。
　　我們知道，不論您安裝的是超五類還是六類系統，他們都可以平滑地沿著10M/100M/1000M以太網系統
間升級。但同時，現存的六類和超五類系統又都不適合用于10G萬兆以太網絡傳輸。也就是說，在超五類、
現存的六類系統與七類系統之間有一道不可逾越的鴻溝–萬兆以太網絡傳輸能力。據預測，2005年六類系
統已經占據了布線市場60%以上的份額。但事實是，所有已經安裝的六類系統其實只能做與超五類系統一樣
的事情，那就是傳輸最大1Gb即千兆帶寬的以太網絡，不能更大。這對那些最近剛剛投資于六類系統的用戶
絕對是個壞消息；而那些堅持超五類解決方案或者干脆投資最高端的七類系統的客戶則比較幸運，前者雖
然也無法運行萬兆以太網絡，但是起碼節省了投資，而后者則一步到位，其安裝的系統絕對可以支持未來
的萬兆以太網絡。
　　我們可以預測，所有人都將或早或晚過渡到萬兆以太網絡，不論他原來安裝的是超五類系統還是六類
系統。新的解決方案將必然流行：不是增強型萬兆六類系統，就是七類系統。上圖演示了康寧公司針對目
前及未來需求的解決方案升級之路。
　　而從技術角度講，10G萬兆傳輸的未來有兩種可能：UTP系統或者繼續流行，或者被徹底淘汰。第一種
可能的基礎是UTP已經被大量安裝的現實。舉例來說：雖然和50um的光纖相比，62.5um光纖的傳輸速率低得
多而且價格更貴，但是因為大量的62.5um光纖的安裝影響了以后的項目，它現在仍然在被廣泛使用。同樣
的現象也可能會出現在銅纜布線世界中：人們采用更新更好技術的惰性可能阻止或滯緩屏蔽系統的流行。
人們經常按照以下思維進行決策：只要網絡運行基本正確，就不會想到盡早采用那些只有采用高度復雜的
設備才能測量的新產品。下面我們通過著名的香農定理來講述一下屏蔽與非屏蔽雙絞線的理論傳輸能力差
異。
香農定理
香農定理表述如下：
　　◆　屏蔽系統和非屏蔽系統方案之間有明顯的差異；　　　　
　　◆　非屏蔽系統在500MHz的帶寬時變平坦，而屏蔽系統依然上升；　　　　
　　◆　傳輸能力的差異約為100%（在500MHz帶寬）；　　　　
　　◆　頻率越高，越容易出問題。 　　
　　其他因素對于成功數據傳輸的重要性也越來越明顯：ISO/IEC 正在制定關于電磁兼容的國際標準。關
于同軸電纜及其網絡我們已有相關標準，同樣，我們可以期待數據網絡也會有類似的規定(class E1)。預
計的結果將是：只有屏蔽系統才能滿足國際標準的規定而可以使用。
　　F/UTP和S/FTP的性能看起來一樣，這對于PS NEXT是正確的。但是對于其它因素如PSFEXT，情況就不一
樣了。基于不同的電氣傳輸特性，不同纜類有本質區別。 　
　　考慮理論的極限（香農），F/UTP和S/FTP的性能相當，UTP則不然。F/UTP和S/FTP的PSFEXT類似；UTP
就差多了。F/UTP的PS NEXT介于S/FTP和UTP之間。
鄰線對串擾
　　2005年初，圍繞UTP的適用性出現了另一個問題。人們在研究那些已經安裝的系統在短于55米場合的10
G萬兆傳輸問題時，針對AFEXT干擾仍然沒有找到解決方案。當大功率的信號進入較短的電纜時，這根纜在
另一端將對相鄰的或綁扎在一起的其它纜產生嚴重干擾。很明顯，這種影響無法補償。一種想法是當信號
是發射到一根短電纜時降低信號的功率。這種方法看起來可行，但這會導致此鏈路運行在非常有限的BER
（比特誤碼率）情況下。這意味著，如果有源器件功率的設置和長度不符或其他無法預計的影響（如不甚
理想的平衡線對或電磁感應），我們不得不考慮信號重復發送問題。
　　在傳輸特性方面，S/FTP (PiMF), F/UTP 和 U/UTP等形式的雙絞線之間有著本性的差異。成功傳輸萬
兆網絡的最關鍵因素是“鄰線對串擾（Alien crosstalk）”。這種串擾不是線纜內部不同線對之間的串
擾，而是從外界線纜吸收到的干擾信號。外界的干擾信號可以來自相鄰線纜，或者有源設備。與線纜內部
串擾比較，這種串擾無法通過調節有源設備參數進行抵消，因為它與安裝的不同情況相關，根本無法預
測。降低這種串擾的唯一選擇是改進線纜的設計。
　　這是為什么有以下非常有趣的現象：新的UTP設計不同以往，而且它們在拼命模仿屏蔽系統。那些沒有
10G萬兆屏蔽解決方案的廠商力推10G UTP系統，他們的客戶也很自然地跟隨。結果導致UTP系統很輕易地與
STP并列為萬兆解決方案，雖然其實它可能根本不是保證未來網絡應用的最佳選擇。
　　設計非屏蔽系統線纜時，鄰線對串擾 (包括近端串擾和遠端串擾，ANEXT 和 AFEXT) 已經成了關注的
焦點。基于一個簡單的事實：線芯之間距離增加將弱化串擾，產生了眾多不同的方案。有些廠商采用塑料
填充在護套下的線芯周圍，另一些采用不對稱的內部分離骨架分開線對，第三種方案是將電纜護套的內表
面設計成不平的齒狀結構。采用前面兩個方案將導致線纜不再是均勻的圓形。所有三種方案都將導致線纜
的平均直徑顯著變大。
總結
　　任何有源設備的設計目標都應該是：當其經過銷售渠道被安裝以后，應該立刻能夠運行在已經安裝的
布線系統中。以往的UTP 布線系統就是按照這樣的要求來安裝的。不幸的是，未來將不再是老式的超五類
或六類UTP 系統。目前STP 解決方案與UTP 系統解決方案處于相同的起跑線上，而STP 系統似乎擁有一定
的優勢。其中STP 屏蔽萬兆解決方案將肯定可以支持萬兆系統，更不用提已經被安裝的七類系統了。
　　事實已經清楚表明，要想保證您的網絡將來能夠可靠地傳輸10G 帶寬，STP 系統才是合乎邏輯的選
擇。