1 RETI DI CALCOLATORI 10 Gigabit Ethernet Realtà e scelte per la migrazione ai protocolli ad alta velocità prof. G. Russo ©2012 ©2012.

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1 1 RETI DI CALCOLATORI 10 Gigabit Ethernet Realtà e scelte per la migrazione ai protocolli ad alta velocità prof. G. Russo (grusso@unina.it) ©2012 ©2012

2 2012 Prof. Guido Russo 2 2 Linee guida per i sistemi 10 Gigabit Linee guida per i sistemi 10 Gigabit Discussione su possibili tecnologie Discussione su possibili tecnologie Nozioni necessarie per prendere una decisione sicura e consapevole Nozioni necessarie per prendere una decisione sicura e consapevole Obiettivi Discussione sui 10Giga 10Gb/s è una realtà....ma c’è parecchia confusione 10Gb/s è una realtà....ma c’è parecchia confusione 44% delle reti richiederanno 10Gb/s nei prossimi 5 anni 44% delle reti richiederanno 10Gb/s nei prossimi 5 anni il 33% tra i 5 e i 10 anni – ma nel backbone o nel data center – non nel cablaggio orizzontale 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 Dato di fatto: chi ha esclusivamente tecnologia UTP promorrà solo UTP Opzioni 10 Gb per cablaggio strutturato Fibre Ottiche Fibre Ottiche Cavi in rame a coppie twistate Cavi in rame a coppie twistate

3 2012 Prof. Guido Russo 3 3 Le evoluzioni e i miglioramenti tecnologici richiedono sempre maggiore ampiezza di banda (capacità di un sistema di trasportare informazioni) e di conseguenza si incrementano e diventano sempre più critici e restrittivi anche i test con i quali, secondo gli standard, il cablaggio deve essere verificato. CAT5DesignNEXTAttenuationACR Enhanced Frequency NEXTACR PS ACR FEXT EL FEXT PS EL FEXT RL BANDWIDTHBANDWIDTHBANDWIDTHBANDWIDTH Bandwidth ranges: Cat 5 100 MHz Cat5e 100 MHz Cat 6 250 MHz Cat5e Cat 6 Longevità dell’impianto

4 2012 Prof. Guido Russo 4 4 LAN Switch 1 Gbps 100 100 100 100 100 2000 10 Gbps 2005 LAN Switch 1 G 100 Mbps Enterprise Switch LAN Switch 10 10 10 10 10 1995 LAN Migration Plan Network Layer: Previsioni

5 2012 Prof. Guido Russo 5 5 10 Gbps 2005-2008 LAN Switch 1 G Enterprise Switch LAN Switch 1 Gbps 100 100 100 100 100 2000 Cat 5E cabling Cat 6 cabling OM1/OM2 plus OS optical fibre cabling OM3 plus OS optical fibre cabling Physical Layer: Previsioni/Migrazione del cablaggio

6 2012 Prof. Guido Russo 6 6 RETI DI CALCOLATORI IEEE 802.3ae 10Gigabit Ethernet su Fibre Ottiche prof. G. Russo (grusso@unina.it) grusso@unina.it ©2012 ©2012

7 2012 Prof. Guido Russo 7 7 100 MHz 50 MHz 0 MHz 100Base-TX 100 Mbps, 33 MHz ATM 155 Mbps, 77 MHz ATM 622 622 Mbps, 30 MHz Token Ring 16 Mbps, 12.5 MHz 10Base-T 10 Mbps, 7.5 MHz 1000Base-T 1000 Mbps, 62.5 MHz Megabits e Megahertz

8 2012 Prof. Guido Russo 8 8 IEEE 802.3ae (10GBASE-F) pubblicata nel Febbraio 2002 con 4 tipologie:  10GBASE-SR (fino a 300m con fibre multimodali XGr)  10GBASE-LX4 (fino a 300m fibre multimodali 50- e 62.5-micron)  10GBASE-LR (fino a 10km con fibre monomodali)  10GBASE-ER (fino a 40km con fibre monomodali) ISO ha pubblicato ISO11801, 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 10G 10Gigabit Ethernet su Fibre Ottiche

9 2012 Prof. Guido Russo 9 20129 IEEE 802.3ae (10BASE-F) pubbblicata nel Febbraio 2002 Media Access Control (MAC) Full Duplex WWDMPMD 1310 nm (LX4)SerialPMD 850 nm (SR)SerialPMD 1310 nm (LR)SerialPMD 1550 nm (ER)SerialPMD 850 nm (SW)SerialPMD 1310 nm (LW)SerialPMD 1550 nm (EW) 10 Gigabit Media Independent Interface (XGMII) or 10 Gigabit Attachment Unit Interface (XAUI) Serial WAN PHY (64B/66B + WIS) Serial LAN PHY (64B/66B)WWDM (8B/10B)

10 2012 Prof. Guido Russo 10 201210 Perché MM @850 nm nelle LAN?

11 2012 Prof. Guido Russo 11 11 Device 10GBASE-SR 850nmSeriale1310nmWWDM1310nmSeriale 10GBASE-SW 10GBASE-LX4 10GBASE-LR 10GBASE-LW 10GBASE-ER 10GBASE-EW 1550nmSeriale 10GBASE-SR 10 GigaBitEthernet LAN PMD’s 10 GigaBit Ethernet LAN PMD’s

12 2012 Prof. Guido Russo 12 12 -82m66m33m26m 10 Km ----- 40 Km ----- 10 Km 300m300m240m300m @500 MHzlKm SR 850 nm LR 1310 nm ER 1550 nm LX4 1310 nm -500400200MHzlKm160 SM 50 MM 62.5 MM Fibre Nota : sono necessarie bretelle Mode conditioning per LX4 con fibre MM LAN PMD’s & Distanze Suportate

13 2012 Prof. Guido Russo 13 13 Problema: il DMD (Differential Mode Delay)

14 2012 Prof. Guido Russo 14 14 OM3-MMF dentro la maschera - DMD

15 2012 Prof. Guido Russo 15 15 -300m82m66m33m26m 10 Km ----- 40 Km --- - - 10 Km 300m 300m 240m 300m @500 MHzlKm SR 850 nm LR 1310 nm ER 1550 nm LX4 1310 nm -2000500400200MHzlKm160 SMF 50 MMF 62.5 MMF Fibra Nota : per LX4 con fibra MM è necessario utilizzare bretelle di lancio condizionate. OM1 OM1 OM2 OM2OM3 OM3 Tipi di fibre secondo ISO&10GBE

16 2012 Prof. Guido Russo 16 16 RETI DI CALCOLATORI IEEE 10 GigaBase-T 10Gig Ethernet su Cavi in rame a coppie twistate prof. G. Russo (grusso@unina.it) ©2012 ©2012

17 2012 Prof. Guido Russo 17 17 IEEE 802.3an: Aggiornamento sullo standard  Novembre 2002: Call For Interest (CFI)  Creazione di Study Group 10GBase-T in seno a IEEE Target: soddisfare “5 Criteri” :  Febbraio 2004: Project Authorization Request (PAR) con richiesta a un Task Group IEEE 802.3an  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 ?

18 2012 Prof. Guido Russo 18 18 Perché 10BASE-T? 10GBASE-T vs. 1000BASE-T oIl costo di una porta 10Gbit è circa 8 volte maggiore rispetto al 1000 Base-t, ma la tendenza è per un costo doppio oQuindi il costo „per gigabit“ è 0.8 volte con tendenza a 0.2

19 2012 Prof. Guido Russo 19 201219 10GBASE-T vs. 10GE Fibre oIl target di costo in proporzione sarà 0.6 volte rispetto alle fibre (SR – Short Reach) con un trend verso 0.15 Perché 10BASE-T?

20 2012 Prof. Guido Russo 20 201220 Applicazioni 10 GBase Fibre (802.3ae) 10 GBase-T (802.3an)10GBase-CX4(802.3ak) Data Center Server Clustering SiSI SI (< 15 m) Horizontal In building incl. wiring closet NoSI Vertical Risers / BB links within building SINo Campus & Metro SINo 10BASE-T: Applicazioni

21 2012 Prof. Guido Russo 21 201221  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  Supportare l‘auto-negoziazione  Non supportare operatività di 802.3ah (EFM) OAM unidirezionale  Supportare coesistenza con 802.3af (DTE Power via Ethernet) 10BASE-T: Obiettivo I

22 2012 Prof. Guido Russo 22 22 Velocità, media trasmissivo e distanze:  Selezionare il media rame prescritto nelle ISO/IEC 11801:2002 e supportarlo per sviluppare il protocollo 10GBASE-T con l‘802.3 e l‘SC25/WG3  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 10BASE-T: Obiettivo I

23 2012 Prof. Guido Russo 23 23 RETI DI CALCOLATORI Trasmissione 10 GBase-T Teoria e problemi di cablaggio prof. G. Russo (grusso@na.infn.it) ©2012 ©2012

24 2012 Prof. Guido Russo 24 24 La capacità del canale calcolata secondo la formula derivata dalla legge di Shannon è utilizzata per confermare la prestazione per i canali 10GBASE-T 10BASE-T: Legge di Shannon 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

25 2012 Prof. Guido Russo 25 201225 Definizione di rapporto segnale/rumore (SNR) Definizione di rapporto segnale/rumore (SNR) La potenza del segnale è diminuita dall’attenuazione del canale La potenza del segnale è diminuita dall’attenuazione del canale La potenza del rumore è per la maggior parte la somma di quanto segue: 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) 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 localiNEXT di 3 trasmettitori locali FEXT di 3 trasmettitori remotiFEXT di 3 trasmettitori remoti Interferenza di inter-simbolo dovuta alle caratteristiche di dispersione del mezzo (risposta in fase non lineare)Interferenza di inter-simbolo dovuta alle caratteristiche di dispersione del mezzo (risposta in fase non lineare) Alien crosstalk: segnale di crosstalk accoppiato dai cavi adiacentiAlien crosstalk: segnale di crosstalk accoppiato dai cavi adiacenti 10BASE-T: Legge di Shannon

26 2012 Prof. Guido Russo 26 201226 ANEXT ANEXT  Crosstalk tra fasci adiacenti di cavi a 4 coppie e patch cords  Crosstalk tra porte adiacenti del pannello AlienNEXT

27 2012 Prof. Guido Russo 27 201227 AlienNEXT

28 2012 Prof. Guido Russo 28 201228 DECT GSM 3G RADIO TV WiFi Bluetooth RFID Background Noise shall be less than -150 dBm/Hz Rumore di fondo

29 2012 Prof. Guido Russo 29 201229 Erik Bech dei Delta Labs in Danimarca ha sviluppato un’ analisi del comportamento dei cavi all EMC, conclude che:  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 Rumore di fondo

30 2012 Prof. Guido Russo 30 201230 Schermatura delle dorsali Fibre Ottiche Non necessitano di messa a terra Protezione dal rumore di fondo

31 2012 Prof. Guido Russo 31 201231 La capacità del canale calcolata secondo la legge di Shannon è la formula utilizzata per confermare la prestazione per i canali 10GBASE-T 10BASE-T: Legge di Shannon 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 AXT è l’Alien Crosstalk BN è il rumore di fondo BN è il rumore di fondo

32 2012 Prof. Guido Russo 32 201232 Symbol Rate (MHz) Input Power (dBm) Backgrou nd Noise (dB) ECHO Cancellati on (dB) NEXT Cancellati on (dB) FEXT Cancellati on (dB) Shannon Capacity Cable (Gb/s) Shannon Capacity Channel (Gb/s) 8338-150554025119,9 8338-14555402510,99,9 12508-15055402510,99,9 Fascio di cavi per test di Alien Next Frequenze di almeno 625 MHz Legge di Shannon per UTP

33 2012 Prof. Guido Russo 33 201233 10GBASE-T Capacità di Shannon Cat 6 Capacity

34 2012 Prof. Guido Russo 34 201234 Symbol Rate (MHz) Input Power (dBm) Backgrou nd Noise (dB) ECHO Cancellati on (dB) NEXT Cancellati on (dB) FEXT Cancellati on (dB) Shannon Capacity Cable (Gb/s) Shannon Capacity Channel (Gb/s) 8338-15055402528,224,2 8338-14555402524,522,5 12508-15055402526,923,7 Legge di Shannon per STP

35 2012 Prof. Guido Russo 35 201235 RETI DI CALCOLATORI Status IEEE 802.3an Status di ISO 11801 prof. G. Russo (grusso@na.infn.it) ©2012 ©2012

36 2012 Prof. Guido Russo 36 201236  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 IEEE 802.3an

37 2012 Prof. Guido Russo 37 201237 Il NWIP di ISO è approvato (Gennaio 2005): oNel 2007 lo standard definirà una „Nuova Cat.6“ alla frequenza di 500 MHzuna „Nuova Cat.6“ alla frequenza di 500 MHz una „New Cat.7“ fino a 1 GHzuna „New Cat.7“ fino a 1 GHz oInsertion loss della Cat.6 sarà elevato al limite della Cat.7 oTutti gli altri parametri sarranno estrapolati fino a 500 MHz oNuovo parametro: Alien Crosstalk !!! ISO 11801

38 2012 Prof. Guido Russo 38 201238 Media Alien Xtalk Rumore di fondo Capacità di ShannonDistanzaDensità Categoria 6 UTP  9,955Media Nuova categoria 6 UTP  19100Bassa Categoria 6 STP 24100Media Categoria 7 STP 35100Media Fibreottiche N/A300Alta Costo relativo a UTP Cat.6 100 160 140 165 115 Comparazione tra i portanti fisici