网络布线基础设施——金融交易场所隐藏的高速公路管理延迟和密度

文｜美国西蒙公司

任何人只要看一眼金融交易场所，就会明白这是一个充满挑战的环境。实际上，交易场所的IT网络管理同样是充满挑战的。“对一个大的经济公司，一毫秒的优势就可能相当于一年一亿美金的价值。” 这段话指明了网络速度和可靠性是至关重要的。除了对快速交易的需求之外，交易场所对信息和市场数据有着永不满足的渴望。在每个交易桌上都有多个电脑连接和视频、语音和更多的应用汇聚。这种高密度的应用本身就是种挑战。

成功之道是面对这些交易场所所挑战现实的问题，这就需要从网络的最基础元素——布线系统来考虑。

1 布线和延迟

金融IT人员现在已经清晰地意识到延迟是很大的麻烦。事实上，在最近的一份华尔街和科技杂志的网站上，有一份民意调查提出的问题是：“在您目前的基础架构和组织中处理和分析实时的交易数据所面临的最大局限或挑战是什么？”在所有的回答中，43.1% 都表示延迟是他们最大的担忧。

延迟可以在网络的任一位置被引入。有源设备例如路由器、交换机、存储设备和其他都可能是延迟的源头，并引起一些低效的应用、处理和重发。连接这些可能引起延迟设备之间的公共的链路是布线基础设施本身的瓶颈。如果一个IT经理可以解决所有有源设备和相关应用的问题，最后却发现布线系统的容量不够，还是会带来不可接受的延迟。

2 选择低延迟的布线

有些布线系统例如Infiniband被称为“零”或者“低”延迟的选项，事实上，很难指定一个布线系统为“低延迟”的解决方案，因为有太多其他的网络因素可能会引起延迟。布线系统应着重解决速度、容量和实用性的问题，应从根本上支持现在和未来的数据传输速率，并拥有一定的裕量。

3 光纤解决方案

就最佳吞吐量来说，光缆布线有着明显的优势。10Gbps的光缆布线有着纳秒级的延迟，相比较而言，铜缆布线的延迟是毫秒级的。这使得光缆非常适合主干的应用，为数据中心和单个交易场所之间提供高容量的连接。光缆布线还提供其他的好处，例如重量更轻、密度更高、电力消耗更少，以及产生的热量更少。

在交易场所，光缆是交换机、路由器等高性能设备之间互连的最佳选择。预端接的解决方案如“即插即用”光纤模块，预端接的主干线缆可简化光通道的实施，并消除了现场端接的可变性和低效性。这些解决方案通常是定制的并可获得性能上的保障。举个例子，西蒙对每根预端接主干线缆都进行性能测试，并在发货时寄送单独的测试报告，确保性能达到指定的水平。

从主干和楼层互连单元到水平结构，光纤面临着一些重大的挑战。光纤到桌面在理论上是支持高带宽的理想选择，而实际上却不能忽略光纤的不可操作性。

如今支持10Gbps的光设备（包括给电脑加装光纤卡的成本）通常要比铜设备贵一倍，当越来越多的10GBase-T铜缆产品进入成熟的市场后，光和铜的设备价格差距将会更大。即使设备和电脑的升级没有太大问题，许多交易柜台的设备，例如视频、语音和PoE应用，还是不可能在一个纯光纤网络上运行的。使用 FTTD来支持以太网连接将要求混合的布线基础设施安装，需要在光纤信道上结合双绞线甚至还可能有同轴电缆。

那就是说，光纤还没有必要作为水平布线的解决方案。作为主干连接，光纤的低延迟、高容量和未来有保障的性能完全能克服其可观的额外费用以及较难实施所带来的挑战。

4 双绞线铜缆

我们假设拥有10Gbps 光缆主干并在某些高性能的楼层设备互连中铺设了光缆。你已经了解到光纤到桌面的潜在优势和局限，并想在水平部分使用双绞线，那你需要了解铜缆布线和相关延迟的什么内容？

首先，我们对光缆的讨论都是基于10Gbps解决方案的，我们对铜缆的讨论也是一样。10Gbps的铜缆要求就集中在三个选项：6A UTP、6A F/UTP和 7A S/FTP。

如果仅仅看标准对 6A类的要求，人们可能会推测 UTP 和 F/UTP的性能大致一样，而且他们支持 10GBase-T应用的能力足够满足交易对容量的需求。

不管怎样，还是有一些其他的性能特征将会影响整个系统的延迟。任何类别的非屏蔽铜缆比屏蔽铜缆更容易被噪音干扰。到了10Gbps，非屏蔽布线变成了自己的干扰源，在邻近的线缆之间会产生线间串扰。虽然这本身不会引起延迟，但是收发器处理信号时需要消除这些串扰， 从而导致延迟。这个潜在的延迟会对整个网络的性能或多或少的带来负面影响，并限制目前和未来的有源设备的应用速度。屏蔽布线系统可以提供高层次的保障。

屏蔽布线系统由于提高了线间串扰的裕量，因此能支持简化的数字信号处理器，能为将来的应用提供极有意义的延迟优势。在IEEE 802.3an标准中，最大的收发器延迟2.56µs，许多最初的10GBase-T收发器在使用非屏蔽系统时会遇到困难，满足不了这个要求。由于要求在每个信道消除FEXT远端串扰，对于非屏蔽系统来说收发器也可能难以满足。

在最近一次由KeyEye通信公司和西蒙公司共同举办的研讨会上谈到，7A/ FA布线的FEXT值比起6A/EA非屏蔽信道至少低20dB。这就使得信道中对FEXT消除器的需求降低了，并在信号传输时支持更低的延迟。 正在进行的研究显示与屏蔽布线性能相关的优势将促使屏蔽系统越来越多的被下一代以太网应用作为理想的媒介而更多的应用。

当6A类屏蔽和7A类屏蔽铜缆被推荐作为金融交易场所的水平布线时，布线安装的质量也非常重要。例如，西蒙认证的安装商都需要成功完成获得ISO认证的培训课程。申请的公司必须证明其长期的业务稳定性和独立的行业资格。只有西蒙认证的安装商才可以申请到完整的系统质保。

即使高质量的安装也必须通过确认。所有的链路都要经过校对过的使用最新版本硬件和软件测试仪的测试。有些公司常犯的错误是使用阶段性的随机性测试，或者仅凭线缆外皮上的级别标记来判断性能，这将不能保证延迟的性能和无故障运行。不恰当的把不同类别的铜缆或不同级别的光纤混合会导致性能降低到期望值以下。

除了基本的确认性能的测试外，10Gbps非屏蔽布线还需要外部串扰现场测试—— 一个 24端口的配线架通常需要耗时4小时的测试。而F/UTP和S/FTP屏蔽布线已通过屏蔽层完全控制了外部串扰，就不需要在现场做外部串扰的测试。

5 交易场所的汇聚和密度

通过以上的信息，我们很清楚的知道如何限制可能的延迟：选择最高性能的布线并确保正确的安装。遗憾的是，对于交易场所的IT来说，他们面临的挑战还不止这一个，交易桌面本身就可能是个连接的噩梦。

现代的交易桌面必须实现令人惊奇的通讯和信息传递。以太网连接通过多个PC提供市场资料和内部数据。还需要更多个连接来支持交易。多个现场直播的视频内容和语音线也需要更多的连接，一个典型的交易桌面通常要求支持至少8个数据输入，4个交易终端，4个语音线，4个视频内容。另外，由于基础结构的关键特性，通常会安装一些额外的备份连接。不管工作区用来传输这些服务的有源设备类型或配置如何，有一点是显而易见的，他们需要更多的布线和连接。

在许多交易楼层，各种不同的应用需求导致每个桌子有多种多样的布线配置。不断增加的应用需求以及频繁的移动、增加和更改更是加剧了复杂性。单个桌子可能有6类的以太网信道来支持交易，5e类来支持VoIP、传统语音，同轴线缆来支持视频和其他应用。每次增加新的服务时，都需要增加新的信道。

先不谈管道和设施的填充率，这已经对管理带来巨大挑战。故障追踪会变得很困难，移动、增加、更改变得极其耗时，而且很多跳线会变得乱糟糟的。幸运的是，汇聚可以减缓布线和连接的挑战。所有这些服务可以在一个IT网络上得到支持。理论上，你可以运行多个同样的信道到每个交易桌面，极大地简化布线和连接。现在剩下一个问题就是选择哪一个布线设施？

先前，我们讨论过光纤到桌面。就性能来说这是非常不错的，但若采用单个解决方案来支持所有的交易桌面的需求是不可行的。我们也谈到了交易桌面需要10Gbps布线。6A类屏蔽和非屏蔽都可以支持 10Gbps，不过6A屏蔽具有更好的延迟性能，所以6A屏蔽是更适合10Gbps的布线。但是对于语音和视频来说，6A类不是必需的，而且对一些低速的以太网应用来说6A类也显得过于超前。因此采用6A类和光纤混合的布线基础设施。

从表面来看，7A类布线和6A类非常相似，对一些高速应用非常好，对其他一些应用可能会过度超前。不过，基于西蒙公司TERA连接的7A类解决方案提供了线缆共享的能力，使得7A类更能胜任综合应用的环境。

6 7A类布线和线缆共享

线缆共享是指在单根线缆上运行多个应用。利用TERA 7A类模块的接口，在单根线缆和单个模块上即可支持4个应用。

TERA模块中4个相互绝缘隔离的插孔，配合一系列1对、2对和4对跳线，可以支持多种不同应用的组合：一个7A类接头能支持远超出10GBase-T的应用；两个10/100以太网连接；一个1对连接的视频，一个1对连接的传统语音和一个2对连接的10/100以太网；两个2对连接的VoIP；四个CATV视频以及各种其他的组合。

利用一个理想的交易桌面，我们来看看基于混合布线和一个TERA布线的连接需求。

混合布线：为高速交易系统和内部数据部署两个6A信道；为四个10/100以太网的市场数据内容部署四个6类或 5e类的信道；为模拟电话部署两个3类或5e类信道；为CATV部署两个同轴信道；总计10个布线信道。

TERA：为高速交易系统和内部数据部署两个7A类信道；为四个10/100以太网的市场数据内容部署两个7A类信道；为两个模拟电话和两个CATV部署一个7A类信道；总计5个布线信道。

在线缆共享中还有许多明显的好处。线缆的减少会在材料、安装和以后的管理中都带来成本效益。这些潜在的节省已经在一些现实的安装中得到验证。Robert Bosch Ltd在他们的英国总部采用了7A类TERA解决方案并实现了显著的节省。

Robert Bosch Ltd IT基础设施经理Trevor Lavender说：“为了支持未来的需求，Bosch的标准配置是楼层布线中每个工作区或每个办公桌设置三个信息模块。如果我们采用5e类、6类或6A类，那就意味着每个办公桌有三根线缆连到机房。然而，由于我们采用了TERA 7A类解决方案，其共享线缆外皮的技术使得我们只需要配置两根线缆和两个模块，即可以支持四个10/100设备或者语音和数据的混合。事实上，一开始大部分的办公桌都只用了一个TERA模块来支持 一个100Mbps数据连接和一个电话，另一个TERA模块预留，为将来的千兆/万兆需求做好准备”。

“这个线缆外皮共享技术带来的实际成本效益是我们用了以往5e类解决方案，同样的费用却得到了更多的信息模块和更多的未来升级保证” 。

当我们探究线缆共享和TERA的成本节省时，还有一点很重要的是空间，这是一个关键交易所面临的最大挑战之一。TERA模块可以插进标准的RJ45插座，并使用比绝大多数10Gbps 6A类非屏蔽线缆还要细的线，这就意味着能够支持四个应用的TERA信道的物理空间只相当于一个RJ连接的物理空间。

除了空间、管理以及减少的布线信道所带来成本效益之外，TERA模型还提供了极大的灵活性和易扩展性。所有的信道都无需更改，今天支持10Gbps的一个模块可以在明天改成支持四个CATV的信道，唯一要做的只是交换一下跳线。每个交易桌面的几个信道可以灵活地支持无穷尽的连接的组合。而且当网络性能需要升级时，所有已安装的信道都能够支持10Gbps以及更高的应用。

事实上，为了准备未来的FA级标准，IEC国际委员会以压倒性的优势批准了基于TERA接口的IEC 61076-3-104 Ed.2.0标准。由7A类元器件组成的总体FA级布线信道标准规定了上至1000MHz的带宽，并着力于支持下一代超过10GBase-T的数据应用。基于目前IEEE 高速研究小组的工作，下一代应用将是40Gbps和100Gbps。简单地说，目前可以用来支持四个电话的TERA布线在未来也可以支持40Gbps甚至100Gbps。

就如前面所说，交易桌面对快速交易、信息和市场数据有着迫切的需求。这促使了应用汇聚并引起了IT网络管理的一系列连锁反应。在几乎所有的案例中，这些挑战都需要全网络接入，这些接入需要从网络最基本的元素——布线系统开始。