合理规划实现高性价比光纤局域网

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LAN数据业务用户对网络速度的要求不断提高；IT专业人员希翼随着时代的发展，新一代网络设备的价格不断降低。摩尔定律已经对上述发展趋势进行了预测。然而问题在于，如何构建高性价比LAN基础设施，以方便IT专业人员进行网络升级，同时又能满足用户对网络速度的需求。
很明显，要实现这一目标，高效的规划必不可少。其中一种规划方法是将各种光缆根据光纤类型、以及每类光纤在特定比特率条件下所支撑的传输距离进行“分级”。然后，根据设计要求中的速率和距离等指标进行光纤选型。在使用年限之内，LAN中的每一部分必须确保能够正常运行。当然，项目预算也要考虑在内——网络规划者必须高性价比地实现他们的预期目标，削减不必要的性能带来的开支。
以太网在LAN中占据着统治地位。历史证明，每隔5年以太网的速度就提高10倍。1985年，10Base-T诞生，1992年100Base-T紧随其后。1000Base-X（光纤）和1000Base-T也分别于1997年和2000年相继面世。2002年10GBase-X（光纤）接踵而至，而10GBase-T也有望于2006年发布。与此同时，40G以太网标准的制订也被提上日程。每种新技术出现之初价格都比较昂贵，只有那些对数据速率要求非常迫切的用户才使用它们。然而它们的价格最终都降了下来，而且最初看似过高的数据速率也变得十分寻常。
不断提高的数据速率降低了数据传输的成本，影响到与其息息相关的众多业务。这些业务能够高效地利用资源，与竞争对手相比具有很大的成本优势，具体体现为它们能够提高对用户的服务质量。
通常，用户更关心以太网采用新设备进行升级换代后的结果。相比之下，线缆等基础设施并不能引起用户的注意（无论用图形还是文字表述）。而且，普通的数据业务用户也感受不到升级线缆等基础设施所带来的差异。除非数据的传送速度加快，否则他们并不关心采用何种介质来传送信息。而大多数IT专业人员都很清楚不同的线缆对网络性能带来的影响；然而他们更清楚更换线缆基础设施比更换网络设备更加耗时费力。
幸运的是，美国电信产业协会（TIA）已经规定线缆基础设施的设计使用年限必须达到10年以上。经过合理规划，这些基础设施可以在10年之内支撑不断增长的数据数率。根据上文中讨论的以太网发展历程，假设以太网每5年换代一次，这就意味着它必须能够支撑未来两代以太网（如图1）。



由于线缆基础设施的使用期限是上层协议设备寿命的两倍，因此合理地选择线缆可以支撑上层数据速率的两次升级。
例如，在LAN水平布线中，100Base-T仍占据着主导地位。根据上述经验准则，目前正在安装的线缆至少需要支撑10GBase-T协议（假设5年之后采用1000Base-T技术，而10年之后采用10GBase-T技术）。目前，典型的骨干网速率为100Mb/s或1Gb/s，预计10年之后将发展到10Gb/s或40Gb/s。

光纤选型
随着1000Base-X（1997）的面世，广泛使用的FDDI 62.5μm多模光纤（MMF）的带宽成为了瓶颈。部分原因是由于这种光纤是为1300nm波长设计的，而新的高速技术则采用了850nm波长。从LED到激光器的转变暴露了传统光纤的缺陷。
这些变化导致了一批新型MMF和基于标准的测试测量方案的出现。标准方面的最新进展是采用差分模式时延的测量结果来预测针对激光器优化的MMF的模式带宽。这种新的方案保证光纤带宽能够满足超高数据速率的要求。
规划过程中应当尽量选用短波长电子器件。总体而言，短波长电子器件的成本要比长波长器件低很多。然而， 长波长器件更加便于在已有基础设施上使用，因此也具有一定优势。面对众多的光纤类型和可用波长，怎样的组合才具有最高的性价比呢？

光纤分类
IEEE规定了以太网设备的工作特性。针对不同的光纤类型，IEEE的G比特以太网（GbE）和10GbE标准中定义了不同的传输距离。由于光缆通常被用于长距离信号传输，因此传输距离就成为光缆系统设计和选型中的重要因素（见表1）。



根据表1中的数据，大家可以创建一个名为多模光纤选型表的分类系统。根据带宽和所支撑的上层协议，将光纤分为6级。1、2、3级为62.5/125μm MMF，而4、5、6级为50/125μm MMF。
1级光纤是TIA/EIA-568B.3规定的标准FDDI型的62.5/125μm光纤；2级光纤可以更好地支撑短波长激光器；3级光纤是增强型62.5/125μm光纤，能够延长1000Base-SX网络中信号的传输距离；4级光纤是TIA-568B.3规定的“标准”50/125μm多模光纤；5级光纤是TIA-568B.3-1规定的针对激光器优化的50/125μm光纤；6级光纤是采用专利技术的针对激光器优化的增强型光纤。
表2中列出了不同类型光纤在短波长10GbE（10GBase-SR）情况下的传输距离和相对成本。



值得注意的是6级光纤目前还不是标准光纤。然而与其他类型光纤相比，它能够提供更大的带宽，而且能够用于更长的链路中。例如，根据10GbE模型，随着光纤带宽的增大，功率损耗应当不断减小。因此6级光纤节省下来的功率损耗就可以被再分配到光纤的插入损耗中，增大了损耗预算，从而能够支撑更长的链路。
另一方面，它能够突破普通链路的300m长度限制，容纳更大的连接器损耗。例如，骨干网中越来越多地采用预先端接的光纤。常见的方法是在干线光缆的两端采用12纤MPO带状连接器。然后在干线光缆的两端安装接线盒。这种接线盒一端采用MPO连接器，另一端采用12个分立的连接器（例如LC连接器）。因此从干线光缆到接线盒之间的链路中需要增加两个额外的MPO转换器。而6级光纤能够为MPO连接器提供1.5dB的额外功率预算。

有源电子器件
所有的光通信设备都要采用收发机。这种器件使用网络物理层产生的电信号来驱动光源，从而产生光纤链路中所需的光信号。通常，收发机等电子器件对光纤链路的成本影响最大。
当业务需求达到1000Base-X时，用户将面临波长和收发机的选择。在选择GbE交换机时，收发机可以选择短波长（1000Base-SX，850nm）或长波长（1000Base-LX，1300nm）。在选择过程中，最重要的因素是传输距离。如表1所示，波长和光纤的不同组合意味着不同的最小链路长度。
成本也是一个重要的因素，1000Base-LX电子器件的价格要比1000Base-SX高很多。目前，长波长电子器件的价格是短波长电子器件的2到3倍。
对于10GbE，LAN的应用方案有三种：短波长（10GBase-SR，850nm），仅采用单模光纤（SMF）的长波长（10GBase-LX4，1310nm），以及采用多模或单模光纤的长波长（10GBase-LX4，1310nm WDM）。目前，长波长器件的价格较高，10GBase-SR和10GBase-LX4之间的价格相差500％左右。
由于组网时可以选用多种波长和光纤，因此存在多种实现方案。为了在其中挑选出最佳方案，IT专业人员必须兼顾成本和性能，提供性价比最高的解决方案。

成本比较
为了说明如何使用多模光纤选型表，大家以两种不同情况下兴建新的光纤局域网为例，利用选型表中的数据对它们的相对成本进行评估。不同类型的MMF与SMF以及包含单模和多模两类光纤的混和光缆进行对比。设备报价是从不同零售商那里收集的，在模型中采用了平均价格。人工成本通过咨询独立或者联合承包商得到。
第一种情况是兴建一个15层建筑物内的骨干网。其中的具体规定包括：机房之间采用12纤的光缆互连，所有的12根光纤都连接到接插面板上（在混和设计中为24纤），每条光缆中包含两对工作链路（4根工作光纤/8根备用光纤），尽量采用短波长光器件。
在设计中，建筑物骨干网采用12纤光缆将位于地下室的主交叉连接器和每一层的电信机房连接在一起。如果采用混和光缆，则必须使用24根光纤，其中包含12根多模光纤和12根单模光纤。每条光缆包含两对工作链路（4根工作光纤），分别连接到每个楼层中的两个交换机上。由于交换机的成本将在水平布线中考虑，因此这里未被计算在内。
设计要求骨干网工作速率达到GbE水平，并可在5年后升级到10GbE水平。根据摩尔定律，大家可以预测出10Gb/s设备的价格下降幅度。
第二种情况是由9栋建筑组成的园区骨干网。它的具体要求包括：所有干线长度为500m，机房之间采用12纤光缆连接，所有的12根光纤都连接到接插面板上（在混和设计中为24纤），每条光缆包含2对工作链路（4根工作光纤/8根备用光纤），尽量采用短波长光器件。
由于TIA-EIA-568A被修定成为TIA/EIA-568B.1，其中规定的干线长度由500m变为了300m。然而在某些情况下，实际长度仍然为500m。为了便于成本比较，除了将8条光缆的长度设定为500m之外，园区模型和建筑物骨干网模型采用了同样的配置。
比较结果
在第一种情况下，虽然不同类型的MMF成本相差很大，但是其他材料（连接器、接插面板、适配器等等）以及人力成本基本相同。如图2a所示，类型1-4，以及单模光纤的安装成本基本相同。而1Gb/s电子器件的成本将采用单模光纤方案的成本拉高了。在附加10Gb/s电子器件的成本之后，5级或6级光纤的优势就非常明显了。虽然光缆的成本明显提高，但是电子器件方面节约的成本相当可观。



第一种情况（a）表明在考虑网络升级因素后电子器件对长期成本的影响。采用支撑短波长收发机的光缆具有更低的成本。相比之下，第二种情况（b）对光缆选型的限制更加严格。
在第二种情况下，不同类型的多模光纤成本也相差很大，而其他材料（连接器、接插面板、适配器等等）以及人力成本基本相同。如图2b所示，由于光缆成本相对于其他成本比例加大，不同光纤类型带来的成本差别非常明显。同样，1Gb/s电子器件的成本将采用单模光纤方案的成本拉高了。
当系统升级到10Gb/s时，1-5级光纤将不能支撑500m的传输距离。只有6级光纤才支撑低成本的10GBase-SR器件。

5＋6＝10
结构化布线的合理规划可以在大幅节约开支的同时支撑未来网络速率的升级。在使用年限为10年的骨干光缆中，5级和6级光纤是性价比最高的解决方案。它们能够为短波长的低成本光电子设备提供最大带宽。
5级光纤符合IEEE802.3ae和TIA/EIA-568-B.3.1标准。这些标准的制订为企业构建高性价比多模光缆干线网并向更高速率升级奠定了基础。
6级光纤能够提供更大的带宽，从而延长了布线距离，并能容纳更多的连接器。对于即插即用型设备而言，这非常重要。虽然6级光纤还没有被纳入标准，但是它的使用能够显著地节约开支。当采用6级光纤时，保存好文档是非常重要的，以备未来升级时参考。