Ethernet a 10 Gb en cobre ¿no apantallado significa no protegido?

Fecha: Lun, 16/03/2009 - 15:10 Fuente: Por Juan Pablo Muñoz Hernández, Responsable de Ingeniería para R&M en España y Portugal

Ethernet a 10 gigabits en cables de cobre de par trenzado horizontales conectados al ordenador: éste es un sueño para muchos usuarios y una pesadilla para algunos planificadores y directores de TI. Si tiene que invertir en infraestructura LAN, no puede esperar a que el estándar IEEE correspondiente se establezca. Tiene que decidir: ¿Cat. 6 apantallado o no apantallado? ¿Y qué hay de la Cat. 7?

Ethernet a 10 Gb en cobre ¿no apantallado significa no protegido? Juan Pablo Muñoz Hernández

El IEEE 802.3ae, estándar para 10 Gb Ethernet en fibra óptica, se aprobó en 2002. A partir de ese momento, se introdujo en el mercado de las WAN el protocolo de LAN más prolífico. A su vez, la transmisión por fibra óptica ha pasado de las redes WAN a las MAN y redes de campus y cableados principales para instalaciones. No obstante, en lo relativo al precio y la facilidad de uso, el cobre sigue siendo el ganador en el caso del cableado horizontal. Por este motivo, los planificadores y directores de TI están esperando a la aprobación definitiva del estándar para 10 Gb Ethernet basado en cobre, el IEEE 802.3an (10GBASE-T), prevista para julio de 2006.
La aplicación está clara. El 10GBASE-T será la forma más económica de crear un clúster de servidores en centros de datos, dejando a un lado las soluciones de fibra óptica a medio plazo. El protocolo alternativo, el 10GBASE-CX4, probablemente no tenga éxito debido a su limitada extensión de 15 metros.
Además, el 10GBASE-T también se ampliará al cableado estructurado horizontal para edificios. Los planificadores previsores, que le dan una gran prioridad a la seguridad de la inversión, están convencidos de que es necesario disponer de anchos de banda y reservas de ancho de banda superiores. La necesidad existe, sin tener en cuenta las exigentes aplicaciones visibles como la tecnología streaming o el procesamiento de imágenes a tiempo real. Aquellos que son conscientes de las aplicaciones invisibles que trabajan en un segundo plano, como el VozIP, el escaneo de virus y las actualizaciones de software, no necesitan que se les convenza de que los requisitos de banda ancha son cada vez mayores. Además, la instalación de una infraestructura de cableado es una inversión que debe durar varias generaciones de ordenadores y software.
 
Lío de cables
Si tiene que tomar una decisión sobre la instalación de cableado en este momento, se enfrenta a un dilema. Mientras el IEEE 802.3an sigue sin aprobarse, los grupos de trabajo de ISO/IEC y EIA/TIA en relación con las cualidades necesarias de los cableados siguen sin poder hacer una recomendación definitiva. Los planificadores están hechos un lío debido a los debates de las EIA/TIA sobre una especificación de la Cat. 6/Clase E “aumentada” o “ampliada” y la “Nueva Clase E“ de ISO/IEC. Sin embargo, este lío se puede desenmarañar en gran medida si se realiza un análisis detenido.
 
La solución política
Para que el estándar IEEE 802.3an tenga éxito, debe trabajar con el mayor número de cableados posible. Todos los fabricantes de equipamiento, componentes y software interesados quieren que así sea. Por esta razón, incluso la Cat. 5e / Clase D fue considerada por un tiempo como un posible medio por el IEEE, que tuvo que abandonar la idea por motivos técnicos.

Por lo tanto, utilizar la Clase E es viable y ésta no precisa ser apantallada. Es más, el uso del STP (par trenzado apantallado) sólo se ha extendido en países de habla germana, famosos por sus pautas de minuciosidad y seguridad elevadas. Normalmente, utilizan el cableado apantallado individualmente S/FTP, en el que los pares trenzados están apantallados con hoja de aluminio
(F) y la totalidad de los cuatro pares tiene una segunda protección de trenza de cobre cubierta de hojalata (S). Los franceses suelen usar U/FTP, en el que prescinden de la protección exterior habitual. Sin embargo, el resto del mundo utiliza, por mayoría casi absoluta, UTP (par trenzado sin apantallar) o, para ser precisos, U/UTP. En principio, este tipo de cableado también debería ser suficiente para el 10GBASE-T.

La solución técnica
Como es lógico, comprimir 10 Gb en un ancho de banda de 500 MHz para el 10GBASE-T ha supuesto un gran esfuerzo. Para conseguirlo, se reparte la corriente de datos entre los cuatro pares de hilos, usando un procedimiento de codificación inteligente (DSQ o Double Square, que emplea 128 puntos de 16 x 16 / 2 bits) y una modulación por amplitud de pulso en varios niveles (PAM16, es decir, de 16 niveles de amplitud). Aún así, resulta difícil conseguir 500 MHz en parte por la alta atenuación de los cables de datos de par trenzado. La señal recibida pasa a ser una señal tan pequeña que apenas se distingue del ruido. Huelga preguntarse por qué los desarrolladores están haciendo todo lo que está en sus manos para reducir al mínimo todas las fuentes de interferencia posibles.
El ruido dentro del cable y, del mismo modo, dentro de un enlace 10GBASE-T, se puede eliminar mediante circuitos de PDS “inteligentes”, lo que conlleva contar con tecnología punta para permitir que el cable de cobre transporte 10 Gbits de información. Sin embargo, este sistema no tiene capacidad frente a las interferencias que proceden del exterior del cable. Sólo puede eliminar el ruido que conoce.
Este problema es especialmente grave para la alien crosstalk (ANEXT), diafonía externa entre módulos y cables cercanos . Para el par trenzado apantallado es insignificante. En cambio, en el caso del par trenzado sin apantallar, no sólo depende de los cables, sino también de la disposición de los mismos. Esta complicación adicional es especialmente desagradable, porque supone que el grado de energía transmitida también dependa, no sólo de los componentes en sí, sino de la forma en que estos estén instalados.

¿Optimización de la diafonía externa por estandarización?
Para el 10GBASE-T, los requisitos de cables y componentes deben ampliarse, pasando de los 250 MHz actuales a 500 MHz. Es en este punto donde las opiniones empiezan a diferir. El ISO/IEC prevé una extrapolación lineal de la interferencia NEXT (Near End Crosstalk: señal inducida en el lado del emisor) para su “nueva Clase E”. El requisito de la “Cat. 6 aumentada” de la TIA es más razonable, y el IEEE tiene un límite menos estricto para los valores de 330 MHz en adelante, que se consideran suficientes.
Seamos claros: son las especificaciones las que son “nuevas” o “mejoradas”, no necesariamente los cables. El cableado existente puede ser perfectamente capaz de cumplir los requisitos para 10 Gigabits. Los cables y los módulos que funcionaban bien con hasta 250 MHz no tienen por qué dejar de hacerlo con hasta 500 MHz. Este es el caso particular de las instalaciones de STP (par trenzado apantallado) de alta calidad.
Como hemos comentado antes, el mayor problema lo encontramos con la alien crosstalk, no con la Near End Crosstalk. Para medir estas señales de interferencia no existen procedimientos de prueba reproducibles obligatorios. Para determinar secuencias de prueba adecuadas, hay que conocer la distancia que los cables recorren de forma paralela en la verdadera instalación y la proximidad entre ellos. Paradójicamente, la diafonía entre cables (alien crosstalk) resulta más problemática en instalaciones “ordenadas” que en cableados liosos de tipo “spaghetti”. Un experimento con cables convencionales UTP (par trenzado sin apantallar) llevado a cabo en el laboratorio de pruebas de Reichle & De-Massari reveló diferencias en ANEXT de 10 dB entre cables colocados de forma totalmente paralela y cables entrelazados cada 30 cm.

Optimización de la diafonía externa por diseño
Por este motivo, los fabricantes de cables y componentes están tratando de proporcionar fiabilidad. La forma más fácil de reducir la Near End Crosstalk (diafonía inducida en el lado del emisor) es aumentar el espacio entre los pares de hilos dentro del cable. Tanto la diafonía entre cables como otras interferencias se pueden combatir con un diámetro de cable externo mayor y una longitud de trenza menor para los pares trenzados. ¡El resultado son cables UTP “optimizados” con diámetros de hasta 10 mm! Para estas soluciones también son necesarios nuevos paneles de parcheo y módulos de conexiones con distancias mayores entre conectores.
Un método más complejo consiste en emplear los principios del blindaje y aplicarlos a los componentes que no están apantallados. El fabricante suizo de cableado Reichle & De-Massari y el fabricante noruego de cables Draka han trabajado conjuntamente en una solución que utiliza segmentos de aluminio para proteger el cable. Estos segmentos están completamente aislados entre sí y del exterior, y son lo suficientemente cortos como para no transportar corriente de bucle ni servir de antenas. Los módulos para unir conectores están equipados con una carcasa de metal. De este modo, se obtienen mejores valores de alien crosstalk sin la necesidad de blindarlos.
 
Acerca de la puesta a tierra
¿Sin blindaje se acaban los problemas con la puesta a tierra? No, de hecho ocurre lo contrario. Cuando los cables están colocados en módulos metálicos a tierra, el acoplamiento (en modo común) se convierte en un factor clave. El cableado con blindaje de alta calidad suele tener una relación de rechazo en modo común a tierra de 40 dB, en tanto que los cables sin blindaje apenas alcanzan los 10 dB. Por lo tanto, mientras que un cable STP puede soportar sobrevoltajes de 2,5 V a 100 MHz en el sistema de tierra periférico, un cable UTP sólo soporta 0,05 V a 100 MHz. Por esta razón, resulta esencial contar con un buen sistema de tierra (sobre todo para los sistemas UTP) conforme a los estándares EN 50174-2 y EN 50310.


¿Cat. 6 apantallado o sin apantallar?
Si ya dispone de una instalación de Cat. 6 UTP que quiere usar para el 10GBASE-T, tendrá que realizar nuevas mediciones y mejoras donde sea necesario. En ISO/IEC TR 24750 y TIA TSB 155 se describen prácticas para instalaciones y métodos de mejora para la optimización de la diafonía de cable a cable (alien crosstalk). Sin embargo, puede que a menudo estos no sean factibles para determinadas instalaciones o partes de las mismas.
Si quiere capacidad 10GBASE-T en todos sus enlaces con una seguridad del 100%, tendrá que usar una solución UTP que haya sido especialmente diseñada a tal efecto, o mejor aún, una solución STP desde el principio. Esto significa que no dependerá de los aspectos de la instalación descritos anteriormente. No sólo hay que tener en cuenta los gastos en material, sino el coste total (incluido el análisis de los riesgos). Los cableados que emplean componentes de Cat. 6 STP proporcionan una capacidad de 10 Gigabits por su naturaleza, en tanto que los canales con componentes UTP optimizados sólo contarán con esta capacidad si han sido instalados perfectamente.

¿Y por qué no Cat. 7?
Sin lugar a dudas, debido a su atenuación reducida y blindaje mejorado, los cables de Cat. 7 ofrecen rendimiento para el futuro y el coste adicional es mínimo comparado con los costes generales. El problema surge con los conectores de Cat. 7. Dos sistemas estandarizados, pero mutuamente incompatibles se encuentran disponibles: el IEC 60603-7, que está basado en conectores RJ45 o el IEC 61076-3-104, basado en un diseño totalmente novedoso. Tendrá que decidir entre los dos sistemas, ambos estandarizados, pero con todas las desventajas propias de una solución cerrada. Si el terminal no está adaptado a los conectores de Cat.7 correspondientes, se necesitarán cables híbridos. Y como mínimo, el extremo con la toma RJ45 obligará al canal a volver a la Cat 6.

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