Office of Academic Resources and Information Technology

 

ระบบ 10 Gigabit Ethernet ในระบบสาย LAN และสาย Fiber Optics

บทความโดย พรดิศักดิ์ รัชชนะธรรม

สวัสดีครับทุกท่าน ฉบับนี้ผมจะพาทุกท่านมาดูความเร็วในระบบสาย LAN และสาย Fiber Optic ว่าเป็นอย่างไร บทความนี้จะเน้นอุปกรณ์จับต้องได้ ส่วนมาตรฐานต่าง ๆ จะมีบ้างไม่มากนัก แต่ก่อนจะเข้าเรื่องผมมีเรื่องที่อยากบอกและได้บอกไปแล้วทุก ๆ ครั้งที่ผมได้มีโอกาสไปสอน อบรม บรรยาย เกี่ยวกับการเดินสาย LAN คือปัจจุบันการเดินสาย LAN คนทั่ว ๆ ไปมักจะเดินโดยใช้สาย CAT6 หรือสาย LAN สีฟ้าเพราะเนื่องจากคนขายมักจะแนะนำลูกค้าว่าสายสีฟ้าหรือ CAT6 จะดีกว่าสายสัญญาณแบบ CAT5e หรือบางทีลูกค้าเห็นว่าสายสีฟ้าแพงกว่าสายสีขาวจึงเกิดความคิดว่าแพงกว่า ต้องดีกว่า ดังนั้นเมื่อมาเดินสาย LAN จึงมักเลือกใช้ระบบ CAT6

ทั้ง ๆ ที่ในความเป็นจริงและตามมาตรฐานแล้วนั้น ในความเร็ว 100 Mb ไม่ว่าคุณจะใช้สาย CAT5e หรือ CAT6 นั้นเหมือนกันไม่แตกต่างกันใด ๆ ทั้งสิ้น และสำหรับระบบ LAN เมื่อใช้ไปสักระยะเมื่อมีเครื่องมาก ๆ ระบบจะช้าลง ทำให้หลายท่านคิดเองหรือไปปรึกษาร้านค้าหรือผู้รู้ต่าง ๆ สรุปว่าควรเปลี่ยนสาย LAN จาก CAT5e เป็น CAT6 ซึ่งหลังจากเปลี่ยนแล้วระบบก็ยังเหมือนเดิมไม่ได้เร็วขึ้นใด ๆ มีแต่คิดไปเองว่าดีขึ้น จนมาเปลี่ยน Switch จาก 100 Mb มาเป็น 1000 Mb หรือ 1 Gigabit จึงรู้สึกระบบเร็วและดีขึ้นโดยไม่ได้เกี่ยวกับสาย CAT6 ใด ๆ ทั้งสิ้น สาเหตุมาจากการเปลี่ยน Switch เป็น Gigabit เป็นหลัก และบางท่านได้รับฟังคำพูดของผู้ขายผิด ๆ เช่น บอกว่าในความเร็ว 1 Gigabit นั้น สาย LAN แบบ CAT5e นั้นใช้ไม่ได้ ต้องสาย LAN CAT6 หรือบางครั้งก็บอกว่าการใช้สาย LAN CAT5e จะทำให้สัญญาณแบบ 1 Gigabit มีปัญหาวิ่งไม่สะดวกทำให้ระบบช้าลง หากจะใช้ระบบ 1 Gigabit นอกจากต้องเปลี่ยน Switch แล้ว ยังต้องเปลี่ยนสายจาก CAT5e เป็น CAT6 ด้วย ระบบ Gigabit จึงจะสมบูรณ์ ซึ่งเป็นสิ่งที่เข้าใจผิดทั้งหมด

ผมขอสรุปง่าย ๆ เป็นตารางดังรูปที่ 1 ดังนี้ครับ

รูปที่ 1 ตารางมาตรฐานที่เกี่ยวข้องในระบบ LAN (Ethernet)

จากตารางในรูปที่ 1 นี้ ให้มาดูส่วนความเร็ว 100 Mbps จะพบว่าที่ความเร็วนี้ สายที่สามารถใช้งานได้ดีคือสาย CAT5 ซึ่งปัจจุบันไม่มีขายแล้วมีแต่ CAT5e ซึ่งหากดูบรรทัดล่างลงมาคือ 1000 Mbps หรือ 1 Gigabit จะพบว่าสายที่ใช้ได้คือสายแบบ CAT5e และ CAT6 ซึ่งจากอดีตที่ผ่านมาจะพบว่า เมื่อได้เริ่มนำระบบ Gigabit เข้ามาใช้งาน สาย CAT5 จะใช้ไม่ได้ในตอนนั้น หลายที่จึงได้ใช้สาย CAT6 แทน แต่ด้วยราคาที่สูงและแพงกว่า CAT5 มาก ทางผู้ขายจึงได้พัฒนาสาย CAT5 ให้เป็น CAT5e เพื่อรองรับความเร็ว Gigabit โดยราคาไม่แพงกว่าเดิมมากนัก ดังนั้นการใช้งานความเร็ว Gigabit จึงสามารถใช้งานสาย CAT5e แทนสาย CAT6 ได้ทุกกรณี

ดังนั้นผมจึงขอฟันธงสรุป ไปเลยว่า หากจะใช้งาน 100 หรือ 1000 Mbps สามารถใช้สาย CAT5e ได้ทันทีโดยไม่ต้องกังวลใด ๆ เพียงแต่ต้องระวังสายปลอม เพราะสายปลอมไม่มีมาตรฐานตามตาราง และตอนนี้มีเยอะด้วย อย่ามองแต่ที่ขายถูก ๆ อย่างเดียว


ระบบ 10 Gigabit บนสายทองแดง

เมื่อมองตารางลงมาล่าง ๆ จะพบว่า ส่วน 10 Gigabit นั้นจะต้องเป็นสาย CAT6A และ CAT7 ซึ่งจะว่าไปแล้วมันก็ย้อนอดีตระหว่าง CAT5 กับ CAT5e คือ CAT7 นั้นรองรับ 10 Gigabit แต่ CAT6 ไม่รองรับ ดังนั้นจึงมีการพัฒนาสายจาก CAT6 เป็นสาย CAT6A ที่รองรับมาตรฐาน 10 Gigabit ซึ่งหากใครต้องการเดิน LAN ระบบ 10 Gigabit จะต้องใช้สาย CAT6A จะใช้สาย CAT6 ธรรมดา หรือสายสีฟ้าที่ขายในปัจจุบันไม่ได้แล้ว โดยสาย CAT6 จะไม่รองรับความเร็ว 10000 Mbps นะครับ ดังนั้นสรุปว่า ใครที่จะเดินสาย LAN และต้องการความเร็วที่สูงจาก Gigabit เป็น 10 Gigabit จะต้องใช้สายแบบ CAT6A หรือจะใช้ CAT7 ไปเลยก็ได้ไม่ว่ากัน ปัจจุบันมีสาย CAT7A ออกมาแล้ว โดยจะรองรับความเร็ว 40 Gigabit โดยปัจจุบันยังไม่มีผลิตออกมาขายครับ ระบบ 10 Gigabit บนสายทองแดงมีชื่อมาตรฐานคือ 10GBase-T ตามตารางที่ 1 มาดูรูปประกอบกัน รูปที่ 2 แสดงสาย LAN แบบ CAT5e, CAT6

รูปที่ 2

จากรูปที่ 2 แสดงสาย CAT5e กับ CAT6 โดยสายทั้ง 2 แบบ ต่างกันตรงที่สาย CAT6 จะมีแกนกลางพลาสติกกั้นสายทั้ง 4 คู่ให้อยู่แยกจากกันไม่ผสมปนกันดังเช่นสาย CAT5e ที่สายปนกันทั้ง 4 คู่ ถัดมารูปที่ 3 แสดงสาย CAT6A

รูปที่ 3

รูปที่ 3 แสดงสาย CAT6A โดยสาย CAT6A นี้มี 2 แบบหลัก ๆ ในตอนนี้ คือสายแบบมี SHIELD ซึ่งในสาย LAN ทั่วไปจะเรียกว่า FTP, ScTP ไม่ใช้ UTP ดังนั้นสายแบบแรกจึงเรียกแบบคาบเกี่ยวคือ F/UTP CAT6A ดังรูป คือมีส่วนโลหะแผ่นบาง ๆ Foil shield หุ้มรอบ ๆ สายทั้ง 8 เส้นว่าไปแล้ว คือสาย CAT6A แบบมี SHIELD นั่นเอง

ส่วนแบบที่สองคือ สาย UTP CAT6A จริง ๆ โดยที่สายแบบนี้จะเหมือนกับรูปที่ 3 ด้านล่าง คือสายแบบนี้จะไม่มี SHIELD หรือไม่มีโลหะแผ่นบาง ๆ หุ้มรอบ ๆ แต่จะมีแกนพลาสติกขนาดใหญ่แทรกกันภายในสาย ซึ่งมีขนาดใหญ่มากกว่า CAT6 ทั่วไป ทำให้สาย CAT6A แบบ UTP นี้มีขนาดกว้างของสายมากกว่าสาย LAN ทั่วไป และในอนาคตสายแบบใดจะนิยมมากกว่าแบบใดต้องรอดูครับ

ในส่วนความถี่ของสายต่าง ๆ ณ ตอนนี้เราคงมองดูที่สาย CAT6 ซึ่งรองรับได้ 250 MHz และ CAT6A รองรับได้ถึง 500 MHz ซึ่งสาย CAT6A จะสามารถรองรับ 10 Gigabit ได้ ต่อมาคือสาย CAT7 รองรับได้ถึง 600 MHz และสาย CAT7A รองรับได้ถึง 1000 MHz โดยได้ความเร็วถึง 40 Gigabit ดังนั้นหากเราต้องการสายความเร็วสูงถึง 100 Gigabit สาย CAT7A จะไม่สามารถใช้งานได้ ต้องเป็นสายแบบอื่น ๆ ไปดูรูปที่ 4 กันต่อไปคือสาย CAT7A

รูปที่ 4

สาย CAT7A ตาม รูปที่ 4 นี้ จะใช้วิธี SHIELD สายเป็นคู่ ๆ ไป โดยจะแบ่งเป็น 4 คู่ และมี SHIELD ทับรวมกันอีกครั้ง ซึ่งผู้ผลิตสาย CAT7 จะเน้นใช้สีส้มเพื่อบอกสายว่าเป็น CAT7 รูปต่อมาคือรูปที่ 5

รูปที่ 5

รูปที่ 6 นี้จะแสดงหัวตัวเมียและ RJ-45 ตัวผู้ของระบบ CAT5e

รูปที่ 6

รูปที่ 6 นี้จะแสดงหัวตัวเมียและ RJ-45 ตัวผู้ของระบบ CAT6 ซึ่งหัว CAT6 จะมีความแตกต่างออกไป คือมีพลาสติกจัดสายให้เหลื่อมขึ้นลงเป็นเหมือนฟันปลา โดยการเรียงสียังคงเหมือนเดินกับ CAT5e ทุกอย่าง และรูปต่อไปรูปที่ 7

รูปที่ 7

รูปที่ 7 นี้จะแสดงหัวตัวเมียและ RJ-45 ตัวผู้ของระบบ CAT7 ซึ่งหัว CAT7 ทั้งตัวผู้และเมียในรูป 7 นี้ จะเป็นแบบโลหะและมี SHIELD ซึ่งจะต้องใช้กับสายที่มี SHIELD โดยที่หากเราจะใช้กับระบบ 10 Gigabit เราควรใช้หัว CAT6 แบบมี SHIELD นะครับดังรูปที่ 8 หรือจะใช้ CAT7 ก็ได้หากหาซื้อได้ในช่วงนี้

รูปที่ 8

รูปที่ 8 นี้ทางซ้ายคือหัว CAT6 ธรรมดา และส่วนทางขวามือคือหัว CAT6 แบบมี SHIELD และ ณ ตอนนี้ หากคุณต้องการ 10 Gigabit ต้องใช้หัวแบบที่มี SHIELD เท่านั้น รวมถึงตัวเมียหรือ Keystone Jack ด้วย และที่แตกต่างอีกข้อคือแผ่น PATCH PANEL ของระบบ CAT6A จะต้องอยู่ห่าง ๆ กัน ไม่ชิดติดกันดังเช่นของ CAT6 ทั่ว ๆ ไป ดังรูปที่ 9

รูปที่ 9

รูปที่ 9 ด้านบนคือ PATCH PANEL ของ CAT6A ซึ่งจะห่าง ๆ กัน ส่วน PATCH PANEL CAT6 จะอยู่ติด ๆ กัน ดังนั้นหากต้องการระบบ 10 Gigabit จะต้องให้แต่ละช่องอยู่ห่าง ๆ กันครับ

ตอนนี้ระบบ LAN แบบ 10 Gigabit หรือ 10GBase-T ท่านผู้ผ่านคงพอเข้าใจส่วนต่าง ๆ แล้ว ต่อไปเราจะมาดูระบบ Fiber Optics กันบ้าง เพราะตอนท้ายจะพูดถึงระบบ Fiber Optics กับ 10GBase-T จะผสมกันจนเป็นระบบใหม่


ระบบ 10 Gigabit บนสาย Fiber Optics

ระบบ Gigabit บนสาย fiber optics นั้น ในปัจจุบันจะใช้ระบบ GBIC ซึ่งต่อมาได้ลดขนาดลงเรียกว่า mini-GBIC โดยจะมากับ SWITCH แบบ Gigabit โดยจะมีช่องเรียกว่า SFP ดังรูปที่ 10

รูปที่ 10

รูป 10 แสดง SWITCH และช่อง SFP แบบ mini-GBIC โดยจะมีช่องทั้งหมด 4 ช่อง และการใช้งานต้องนำตัว SFP Transceiver มาเสียบซึ่งมีความเร็ว 1.25 Gbps ส่วนระยะทางนั้น หากเป็น Transceiver แบบ Multi Mode จะได้ระยะทางไม่เกิน 550 เมตร หากเป็น Single Mode จะได้ระยะทางไม่เกิน 40 กิโลเมตร ดังรูปที่ 11

รูปที่ 11

รูปที่ 11 แสดง Transceiver แบบต่าง ๆ ซึ่งความยาวคลื่น 850 นาโนเมตร คือ ระบบ Multi Mode และ 1310 นาโนเมตร กับ 1550 นาโนเมตร เป็นระบบ Single Mode โดย Transceiver สามารถเปลี่ยนได้ตามต้องการหากต้องการระยะมากขึ้น และด้วยหลักการเปลี่ยนไส้หรือการเปลี่ยน Transceiver นี้ การทำระบบ 10 Gigabit จึงอาศัยการเปลี่ยนไส้เพื่อเพิ่มความเร็วได้ โดยมี Transceiver แบบ 10 Gigabit เกิดขึ้น และเพื่อให้รองรับระบบ 10 Gbps นี้ ช่อง SFP จึงถูกพัฒนาเป็น SFP+ จึงได้พัฒนาระบบขึ้นมาใหม่เรียกว่า XFP ซึ่งจะขนาดใกล้เคียงแบบ mini-GBIC แต่แบนลง ดังรูป 12

รูปที่ 12

รูปที่ 13

จากรูปที่ 12 นี้ คือรูป Transceiver แบบ XFP ที่มีขนาดแบนลง และรูปที่ 13 จะเป็น Switch ที่มีช่อง XFP 2 ช่อง นอกจากนี้ยังมีช่อง SFP อีก 12 ช่อง ซึ่งเป็นช่อง SFP ธรรมดา จะนำ SFP+ มาเสียบใช้ไม่ได้ และกรณีของ XFP สามารถสรุปเป็นตารางดังรูปที่ 14 ได้

รูปที่ 14

จากรูปที่ 14 หากใช้ความยาวคลื่น 850 นาโนเมตร และใช้สาย 50/125 แบบใหม่ สายแบบเดิม ๆ ใช้ไม่ได้ จะได้ระยะทางเพียง 300 เมตรเท่านั้น ส่วนล่างลงมาหากใช้ความยาวคลื่น 1310 นาโนเมตร สาย 9/125 แบบเดิมตามมาตรฐาน G.652 จะได้ระยะไกลสุด 2 กิโลเมตร และความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตร จะได้ระยะไกลสุด 40 กิโลเมตร

จากตารางนี้ จะทำให้ทราบว่าระบบ Multi Mode ใช้ได้เพียง 300 เมตรเท่านั้น ซึ่งพอเพียงในตึกอาคาร แต่ต้องเป็นสาย 50/125 แบบใหม่จึงจะใช้ได้ และ Single Mode แบบต่ำสุด คือ 2 กิโลเมตร ซึ่งพอเพียงสำหรับโรงงานใหญ่ สำหรับชื่อเรียกแบบ Multi Mode จะเรียกว่า 10GBase-SR ส่วน 10GBase-LR สำหรับ Single Mode แบบ 1310 นาโนเมตร และ 10GBase-ER สำหรับ Single Mode แบบ 1550 นาโนเมตร นอกจากนี้ยังมี 10GBase-LX4 ซึ่งเป็นชื่อเรียกแบบพิเศษเพื่อแก้ไขระบบ 10GBase-SR ที่ต้องไปใช้สาย 50/125 แบบใหม่ แต่ระบบ 10GBase-LX4 ใช้สาย 50/125 แบบเดิม ๆ ได้โดยอาศัยการส่งสัญญาณแบบ WDM (Wavelength Division Multiplexing) และใช้ความยาวคลื่น 1310 นาโนเมตร ทำให้ได้ระยะ 300 เมตร

เหมือนกันกับ 10Gbase-SR และหากนำไปใช้กับสาย Single Mode จะได้ระยะ 10 กิโลเมตร เหมือน 10Gbase-LR ดังตารางรูปที่ 15

รูปที่ 15

และก่อนจะจบหัวข้อนี้ นอกจาก SFP, XFP แล้ว ยังมีระบบอีก 2 ระบบที่ไม่ได้กล่าวถึง คือ XENPAX และ X2 ซึ่งทั้ง 2 แบบนี้มีขนาดใหญ่พอ ๆ กับ GBIC ดังนั้นแล้ว ผมคาดว่าช่องต่อแบบนี้จะสู้กับ XFP ไม่ได้ และ Switch 10GB ที่เริ่มนำมาขายตอนนี้จะมีช่อง SFP และ XFP เป็นหลัก ดังนั้นตัด XENPAK กับ X2 ทิ้งได้ ผมได้นำรูปของ XENPAK มาให้ดูกันในรูปที่ 16

รูปที่ 16


Transceiver ระบบ Ten Gigabit

ในหัวข้อนี้ผมจะแสดงให้ เห็นถึงความหลากหลายของ Transceiver ซึ่งจะผสมปนกันระหว่างสายทองแดงกับสาย Fiber ดูที่รูป 17 ปกติ Transceiver จะต้องไปต่อกับสาย Fiber เท่านั้น แต่ในระบบ 10GB จะสามารถใช้สายทองแดงมาต่อได้ด้วย

รูปที่ 17

จากรูป 17 นี้จะมี Transceiver จำนวน 7 ตัว โดยจะเริ่มจากตัวแรกคือ

  1. 10GB แบบ SFP+ โดยที่ใช้สาย Fiber แบบ Multi Mode 50/125 โดยต้องเป็นสายแบบใหม่
  2. 10GB แบบ SFP+ โดยใช้สาย Fiber แบบ Single Mode 9/125
  3. 10GB แบบ XFP โดยใช้สาย Fiber แบบ Multi Mode 50/125 โดยต้องเป็นสายแบบใหม่ด้วย
  4. 10GB แบบ XFP โดยใช้สายทองแดง โดยมีหัวต่อแบบ CX4 ซึ่งหัวต่อแบบนี้จะทำให้สามารถใช้งาน 10Gb บนสายทองแดงได้
  5. 1GB แบบ SFP โดยใช้สายทองแดงหัวต่อ RJ-45
  6. 1GB แบบ SFP สาย Fiber แบบ LX
  7. 1GB แบบ SFP สาย Fiber แบบ SX

รูปที่ 18

พระเอกในหัวเรื่องนี้คือ หัวข้อ 4 ซึ่งเป็นหัวแบบ CX4 ใหม่สุด ซึ่ง Switch แบบ 10 Gigabit ที่มีขายตัวละหลายแสนบาทจะใช้หัวแบบนี้ในการทำงาน โดยดูจากรูป 18 จะพบว่าหัวแบบนี้เราไม่ต้องเข้าหัวแต่ใช้ซื้อสายสำเร็จรูปมาใช้ได้เลย โดยระยะของสายแบบนี้เพียงไม่เกิน 15 เมตร โดยหลักการต่อคือจะใช้ในห้อง Server ซึ่งจะมีการต่อไป Switch ย่อย ๆ ดังรูปที่ 19

รูปที่ 19

จากรูป 19 จะเห็นว่าการต่อในห้อง Server จะนำสาย CX4 จาก Switch 10GB ไปต่อเข้าที่ Server แต่ละตัว และใช้สาย CX4 ไปต่อเข้ากับ Switch 1GB ที่มีช่อง Uplink และ Downlink เป็น 10GB แบบ CX4 จากรูป 19 จะเห็นว่าสาย 10GB CX4 ไม่ต้องยาวนัก สายที่ยาวคือ สาย LAN CAT5e ไปเข้า computer ของ user แต่ละเครื่อง

หาก Switch 1GB ต้องไปอยู่นอกห้อง Server หรืออยู่ไกล ๆ เราสามารถใช้สาย Fiber Optics แทนได้ โดยเปลี่ยน Transceiver จาก CX4 ไปเป็นแบบ Fiber แบบ XFP และสาย Fiber Optics แบบ Multi Mode โดยได้ระยะเพิ่มเป็น 300 เมตร (สายแบบใหม่) ดังรูป 20

รูปที่ 20

สรุป การใช้งาน 10 Gigabit ได้เริ่มมีอุปกรณ์ต่าง ๆ เข้ามาจำหน่ายแล้ว แต่ราคายังสูง โดยเฉพาะ Switch ตัวละหลายแสนบาท โดยในอนาคตจะลดลงแน่นอน และหากจะเดินสาย LAN แล้วจะเดินเผื่อไว้ควรเดินสาย CAT7A จะถูกต้อง หรือใช้ CAT5e ไปก่อนเพราะราคาถูกมาก ๆ และในอนาคตสายทองแดงจะมีข้อจำกัด ดังนั้น สาย Fiber Opitcs จะมาแทนที่แน่นอน จึงควรศึกษาการทำงานต่าง ๆ ของสาย Fiber Optics ไว้ด้วย


ที่มา: MICRO COMPUTER, Vol.27, No.289, August 2009