RETI DI CALCOLATORI 10 Gigabit Ethernet Realt e
RETI DI CALCOLATORI 10 Gigabit Ethernet Realtà e scelte per la migrazione ai protocolli ad alta velocità prof. G. Russo (grusso@unina. it) © 2012 1
Discussione sui 10 Giga Obiettivi Linee guida per i sistemi 10 Gigabit 10 Gb/s è una realtà. . ma c’è parecchia confusione Discussione su possibili tecnologie 44% delle reti richiederanno 10 Gb/s nei prossimi 5 anni Nozioni necessarie per prendere una decisione sicura e consapevole il 33% tra i 5 e i 10 anni – ma nel backbone o nel data center – non nel cablaggio orizzontale Dato di fatto: chi ha esclusivamente tecnologia UTP promorrà solo UTP Opzioni 10 Gb per cablaggio strutturato 2012 Fibre Ottiche Cavi in rame a coppie twistate Prof. Guido Russo 2 2
Network Layer: Previsioni LAN Migration Plan Enterprise Switch 100 Mbps LAN Switch 10 1995 2012 10 Gbps 100 10 10 10 LAN Switch 1 G 100 100 10 1 G 1 G 100 2000 Prof. Guido Russo 1 G 2005 4 4
Physical Layer: Previsioni/Migrazione del cablaggio OM 3 plus OS optical fibre cabling OM 1/OM 2 plus OS optical fibre cabling Enterprise Switch 10 Gbps 1 Gbps LAN Switch 100 1 G 100 100 Cat 5 E cabling Cat 6 cabling 2000 2012 1 G 1 G 1 G 2005 -2008 Prof. Guido Russo 5 5
RETI DI CALCOLATORI IEEE 802. 3 ae 10 Gigabit Ethernet su Fibre Ottiche prof. G. Russo (grusso@unina. it) © 2012 Prof. Guido Russo 6 6
Megabits e Megahertz 100 MHz ATM 155 Mbps , 77 MHz 1000 Base-T 50 MHz 1000 Mbps , 62. 5 MHz 100 Base-TX ATM 622 Mbps , 30 MHz Token Ring 10 Base-T 100 Mbps , 33 MHz 16 Mbps , 12. 5 MHz 10 Mbps , 7. 5 MHz 0 MHz 2012 Prof. Guido Russo 7 7
10 Gigabit Ethernet su Fibre Ottiche IEEE 802. 3 ae (10 GBASE-F) pubblicata nel Febbraio 2002 con 4 tipologie: 10 GBASE-SR (fino a 300 m con fibre multimodali XGr) 10 GBASE-LX 4 (fino a 300 m fibre multimodali 50 - e 62. 5 -micron) 10 GBASE-LR (fino a 10 km con fibre monomodali) 10 GBASE-ER (fino a 40 km con fibre monomodali) ISO ha pubblicato ISO 11801, 2 nd Edizione nel Settembre 2002 Fibre OM-1, OM-2, OM-3 e OS-1 Da oltre 2 anni sono disponibili sul mercato fibre ed elettroniche per 10 G 2012 Prof. Guido Russo 8 8
IEEE 802. 3 ae (10 BASE-F) pubbblicata nel Febbraio 2002 Media Access Control (MAC) Full Duplex 10 Gigabit Media Independent Interface (XGMII) or 10 Gigabit Attachment Unit Interface (XAUI) WWDM LAN PHY (8 B/10 B) WWDM PMD 1310 nm (LX 4) 2012 Serial WAN PHY (64 B/66 B + WIS) Serial LAN PHY (64 B/66 B) Serial PMD 850 nm (SR) Serial PMD 1310 nm (LR) Serial PMD 1550 nm (ER) Prof. Guido Russo Serial PMD 850 nm (SW) Serial PMD 1310 nm (LW) Serial PMD 1550 nm (EW) 9 9
Perché MM @850 nm nelle LAN? 2012 Prof. Guido Russo 10 10
10 Giga. Bit Ethernet LAN PMD’s Device 850 nm Seriale 10 GBASE-SR 10 GBASE-SW 10 GBASE-LX 4 2012 1310 nm WWDM 1310 nm Seriale 1550 nm Seriale 10 GBASE-LR 10 GBASE-LW 10 GBASE-ER 10 GBASE-EW Prof. Guido Russo 11 11
LAN PMD’s & Distanze Suportate Fibre 62. 5 MM 50 MM SM MHzl. Km 160 200 400 500 - SR 850 nm 26 m 33 m 66 m 82 m - LR 1310 nm - - - 10 Km ER 1550 nm - - - 40 Km 240 m 300 m 10 Km LX 4 1310 nm 300 m @500 MHzl. Km Nota : sono necessarie bretelle Mode conditioning per LX 4 con fibre MM 2012 Prof. Guido Russo 12 12
Problema: il DMD (Differential Mode Delay) 2012 Prof. Guido Russo 13 13
OM 3 -MMF dentro la maschera - DMD 2012 Prof. Guido Russo 14 14
Tipi di fibre secondo ISO&10 GBE Fibra 50 MMF SMF MHzl. Km 160 200 400 500 2000 - SR 850 nm 26 m 33 m 66 m 82 m 300 m - OM 2 OM 3 LR 1310 nm - - 10 Km ER 1550 nm - - 40 Km 240 m OM 2 300 m OM 3 LX 4 1310 nm 2012 62. 5 MMF OM 1 - OM 1 300 m @500 MHzl. Km 300 m 10 Km Nota : per LX 4 con fibra MM è necessario utilizzare bretelle di lancio condizionate. Prof. Guido Russo 15 15
RETI DI CALCOLATORI IEEE 10 Giga. Base-T 10 Gig Ethernet su Cavi in rame a coppie twistate prof. G. Russo (grusso@unina. it) © 2012 Prof. Guido Russo 16 16
IEEE 802. 3 an: Aggiornamento sullo standard Novembre 2002: Call For Interest (CFI) Creazione di Study Group 10 GBase-T in seno a IEEE Target: soddisfare “ 5 Criteri” : Esiste un mercato potenzialmente (ampio e diffuso)? Compatibile con IEEE 802. 3 ? Serve un nuovo standard o basta un supplemento all’esistente? Fattibilità tecnica ? Fattibilità economica ? Febbraio 2004: Project Authorization Request (PAR) con richiesta a un Task Group IEEE 802. 3 an 2012 Prof. Guido Russo 17 17
Perché 10 BASE-T? 10 GBASE-T vs. 1000 BASE-T o Il costo di una porta 10 Gbit è circa 8 volte maggiore rispetto al 1000 Base-t, ma la tendenza è per un costo doppio o Quindi il costo „per gigabit“ è 0. 8 volte con tendenza a 0. 2 2012 Prof. Guido Russo 18 18
Perché 10 BASE-T? 10 GBASE-T vs. 10 GE Fibre o Il target di costo in proporzione (SR – Short Reach) con un trend verso 0. 15 2012 sarà Prof. Guido Russo 0. 6 volte rispetto alle fibre 19 19
10 BASE-T: Applicazioni 10 GBase Fibre (802. 3 ae) 10 GBase-T (802. 3 an) 10 GBase-CX 4 (802. 3 ak) Data Center Server Clustering Si SI SI (< 15 m) Horizontal In building incl. wiring closet No SI Vertical Risers / BB links within building SI No Campus & Metro SI No Applicazioni 2012 Prof. Guido Russo 20 20
10 BASE-T: Obiettivo I Conservare Ethernet Mantenere il formato Ethernet 802. 3 del frame nell‘ intefaccia MAC service client Conservare le dimensioni max e min del frame dello standard 802. 3 corrente Supportare le reti locali a stella utilizzando link point-to-point e topologie di cablaggio strutturato Mantenere/Portare tutto in 10 Gigabit Ethernet Supportare solamente full duplex Supportare un velocità di 10 Gb/s al MAC/PLS service interface. Compatibilità con 802. 3 2012 Supportare l‘auto-negoziazione Non supportare operatività di 802. 3 ah (EFM) OAM unidirezionale Supportare coesistenza con 802. 3 af (DTE Power via Ethernet) Prof. Guido Russo 21 21
10 BASE-T: Obiettivo I Velocità, media trasmissivo e distanze: Selezionare il media rame prescritto nelle ISO/IEC 11801: 2002 e supportarlo per sviluppare il protocollo 10 GBASE-T con l‘ 802. 3 e l‘SC 25/WG 3 Supportare l‘operatività dei cablaggi strutturati a 4 coppie per tutte le classi e distanze Definire in livello fisico (PHY) 10 Gb/s che deve supportare link di: Almeno 100 m su cablaggio in rame bilanciato a 4 coppie in Classe F (Cat. 7) Almeno 55 m o 100 m su cablaggio in rame bilanciato a 4 coppie in Classe E (Cat. 6) Ambiente Conforme alla CISP/FCC Class A Supportare un BER di 10 -12 su tutte classi e distanze definite 2012 Prof. Guido Russo 22 22
RETI DI CALCOLATORI Trasmissione 10 GBase-T Teoria e problemi di cablaggio prof. G. Russo (grusso@na. infn. it) © 2012 Prof. Guido Russo 23 23
10 BASE-T: Legge di Shannon La capacità del canale calcolata secondo la formula derivata dalla legge di Shannon è utilizzata per confermare la prestazione per i canali 10 GBASE-T C è la capacità raggiungibile dal canale B è la banda passante della linea S è la media della potenza del segnale N è la media della potenza del rumore 2012 Prof. Guido Russo 24 24
10 BASE-T: Legge di Shannon Definizione di rapporto segnale/rumore (SNR) La potenza del segnale è diminuita dall’attenuazione del canale La potenza del rumore è per la maggior parte la somma di quanto segue: • Eco dal trasmettitore che condivide la coppia con il ricevitore (dovuto al limitato isolamento dei circuiti e dal return loss del canale) • NEXT di 3 trasmettitori locali • FEXT di 3 trasmettitori remoti • Interferenza di inter-simbolo dovuta alle caratteristiche di dispersione del mezzo (risposta in fase non lineare) • Alien crosstalk: segnale di crosstalk accoppiato dai cavi adiacenti 2012 Prof. Guido Russo 25 25
Alien. NEXT Crosstalk tra fasci adiacenti di cavi a 4 coppie e patch cords Crosstalk tra porte adiacenti del pannello ANEXT 2012 Prof. Guido Russo 26 26
Alien. NEXT 2012 Prof. Guido Russo 27 27
Rumore di fondo DECT GSM 3 G RADIO TV Wi. Fi Bluetooth RFID Background Noise shall be less than -150 d. Bm/Hz 2012 Prof. Guido Russo 28 28
Rumore di fondo Erik Bech dei Delta Labs in Danimarca ha sviluppato un’ analisi del comportamento dei cavi all EMC, conclude che: 2012 Il cablaggio UTP necessita di una protezione addizionale per arrivare ai richiesti di immunità al rumore di fondo Il cablaggio STP non necessita di una protezione addizionale per raggiungere le richieste di immunità al rumore di fondo Le Fibre Ottiche sono immuni al rumore Prof. Guido Russo 29 29
Protezione dal rumore di fondo Schermatura delle dorsali 2012 Fibre Ottiche Non necessitano di messa a terra Prof. Guido Russo 30 30
10 BASE-T: Legge di Shannon La capacità del canale calcolata secondo la legge di Shannon è la formula utilizzata per confermare la prestazione per i canali 10 GBASE-T C è la capacità raggiungibile dal canale B è la banda passante della linea S è la media della potenza del segnale IL è l’Insertion Loss della linea di trasmissione AXT è l’Alien Crosstalk BN è il rumore di fondo 2012 Prof. Guido Russo 31 31
Legge di Shannon per UTP Symbol Rate (MHz) Input Power (d. Bm) Backgrou nd Noise (d. B) ECHO Cancellati on (d. B) NEXT Cancellati on (d. B) FEXT Cancellati on (d. B) Shannon Capacity Cable (Gb/s) Shannon Capacity Channel (Gb/s) 833 8 -150 55 40 25 11 9, 9 833 8 -145 55 40 25 10, 9 9, 9 1250 8 -150 55 40 25 10, 9 9, 9 Fascio di cavi per test di Alien Next Frequenze di almeno 625 MHz 2012 Prof. Guido Russo 32 32
10 GBASE-T Capacità di Shannon Cat 6 Capacity 2012 Prof. Guido Russo 33 33
Legge di Shannon per STP Symbol Rate (MHz) Input Power (d. Bm) Backgrou nd Noise (d. B) ECHO Cancellati on (d. B) NEXT Cancellati on (d. B) FEXT Cancellati on (d. B) Shannon Capacity Cable (Gb/s) Shannon Capacity Channel (Gb/s) 833 8 -150 55 40 25 28, 2 24, 2 833 8 -145 55 40 25 24, 5 22, 5 1250 8 -150 55 40 25 26, 9 23, 7 2012 Prof. Guido Russo 34 34
RETI DI CALCOLATORI Status IEEE 802. 3 an Status di ISO 11801 prof. G. Russo (grusso@na. infn. it) © 2012 Prof. Guido Russo 35 35
IEEE 802. 3 an Draft 1. 3 disponibile (Febbraio 2005) Definizione del canale in fase di attuazione (includerà ANEXT, except AFEXT) La codifica selezionata è stata DSQ 128 Frequenza approssimativa 417 MHz 2012 Prof. Guido Russo 36 36
ISO 11801 Il NWIP di ISO è approvato (Gennaio 2005): o Nel 2007 lo standard definirà • una „Nuova Cat. 6“ alla frequenza di 500 MHz • una „New Cat. 7“ fino a 1 GHz o Insertion loss della Cat. 6 sarà elevato al limite della Cat. 7 o Tutti gli altri parametri sarranno estrapolati fino a 500 MHz o Nuovo parametro: Alien Crosstalk !!! 2012 Prof. Guido Russo 37 37
Comparazione tra i portanti fisici 2012 Media Alien Xtalk Rumore di fondo Categoria 6 UTP Nuova categoria 6 UTP Categoria 6 STP Categoria 7 STP Fibre ottiche Capacità di Shannon Distanza 9, 9 Densità Costo relativo a UTP Cat. 6 55 Media 100 19 100 Bassa 160 24 100 Media 140 35 100 Media 165 N/A 300 Alta 115 Prof. Guido Russo 38 38
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