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Cicli di vita dei cablaggi e leggi della comunicazione di rete

Negli ultimi anni, l’evoluzione degli apparati ha ridotto la durata media dell’investimento per i sistemi di cablaggio da 10 - 15 anni a 5 - 7 anni. I clienti che decidono quindi di installare tecnologie non all’avanguardia, come ad esempio un cablaggio di Categoria 5 o 5e, non arriveranno a coprire l’intero ciclo di vita del proprio investimento. Pertanto oggi conviene investire per un sistema di categoria 6 o successivo ottimizzando l’investimento oppure risparmiare e affrontare i futuri costi di reinstallazione?

Un sistema di cablaggio strutturato basato su standard deve essere in grado di supportare applicazioni di rete per 10 - 15 anni ovvero da 2 a 5 generazioni di apparati. Negli ultimi anni i budget IT sono stati drasticamente ridotti in seguito a una tendenza a lesinare sull’infrastruttura. L’adozione di questo approccio porta ad un ridotto ciclo di vita del cablaggio e a costi di gestione più elevati dovuti a problemi di canale, con aumentate tempistiche per la risoluzione di problemi e per la gestione di rete e con apparati più costosi per poter supplire alle basse prestazioni del cablaggio.

Esistono diversi teoremi che illustrano la crescita della tecnologia informatica di rete. Il primo teorema è la legge di Moore, che dichiara che la potenza di calcolo, ovvero il numero di transistor all’interno dello stesso processore, raddoppia ogni 18 mesi. La velocità di calcolo raddoppia quindi ogni 18 mesi. Gordon Moore, fondatore di Intel®, formulò questa famosa osservazione nel 1965 ad appena quattro anni dalla scoperta del primo circuito integrato. Il diagramma seguente (Figura 1), per gentile concessione di Intel, riporta la progressione della velocità. Questa progressione è necessaria, in parte grazie alla legge di Gates (Bill Gates, uno dei fondatori di Microsoft®), che dichiara che la velocità delle applicazioni viene dimezzata ogni 18 mesi. Pertanto per ottenere la medesima velocità , il processore deve mantenere il passo con l’avanzamento delle applicazioni che forniscono funzionalità e interoperabilità accresciute mantenendo la stessa velocità relativa delle versioni precedenti.

Questa legge è valida non solo per i microprocessori ma anche per altri circuiti integrati, ad esempio i circuiti utilizzati per il networking che consentono di potenziare la capacità di calcolo del PC e di aumentare la velocità di switch e altri dispositivi di rete. Il settore dei semiconduttori si basa sulla premessa che più breve è il percorso, maggiore è la velocità potenziale. Più capacità è quindi possibile integrare in un singolo chip, maggiore è il suo potenziale. Le schede Ethernet che in passato richiedevano fino a 10 chip ora contengono un unico circuito integrato.

Robert Metcalf, fondatore di 3Com e uno dei fondatori di Ethernet, ha formulato un teorema ampiamente accettato. La legge di Robert Metcalf dichiara che il "valore" o "potenza" di una rete aumenta in proporzione al quadrato del numero di nodi della rete. In altre parole, se su una rete Intranet di un ufficio sono presenti quattro nodi o computer, il "valore" è pari a 16. Aggiungendo un nodo o un PC il valore sale a 25. In prospettiva, se si considera il numero di utenti Internet stimato dal dipartimento di statistica del lavoro, nel 1999 erano presenti in Internet circa 2,5 milioni di computer host. Nel 1997 erano diventati 25 milioni. Nel 2002 è stato calcolato un numero di 605,6 milioni di utenti in tutto il mondo. Ogni nuovo nodo, nuovo server, nuovo utente espande le possibilità di coloro che già utilizzano la rete. Viceversa, se un server si arresta, l’impatto su persone e attività va ben oltre il semplice prezzo di acquisto del server. Lo stesso ragionamento è applicabile ai sistemi di cablaggio.

Progressione della larghezza di banda

Un’altra teoria correlata è la legge dei dati di Parkinson. Cyril Northcote Parkinson, PhD, ha dichiarato che i dati crescono fino a occupare tutto lo spazio di memorizzazione disponibile. Applicando la legge di Moore, è inoltre noto che lo spazio di memorizzazione e la capacità di elaborazione per l’archiviazione raddoppiano ogni 18 mesi. Gli esperti del settore prevedono che per la fine del 21° secolo sarà presente un Terabyte di dati memorizzati per ogni abitante della Terra. Un’altra osservazione di rilievo è rappresentata dalla legge sull’assorbimento della larghezza di banda di Parkinson: "Il traffico di rete si espande fino a occupare tutta la larghezza di banda disponibile”.

La richiesta di larghezza di banda aumenta con l’aumentare del numero di connessioni e delle risorse richieste dalle applicazioni di rete. La capacità dell’infrastruttura di supportare un numero maggiore di funzionalità e velocità più elevate diventa quindi di fondamentale importanza per garantire la qualità del servizio. Non è più concepibile pensare alle reti in termini di servizi di file e stampa. Il protocollo IP consente attualmente di fornire servizi vocali, servizi di telefonia, comandi hardware di archiviazione, controllo dell’automazione per edifici, comandi di failover e una serie vastissima di altri servizi in forma nativa oppure integrati in una struttura pacchettizzata.

La larghezza di banda in passato impegnata dalle richieste utente è stata ora suddivisa per consentire servizi aggiuntivi, lasciando all’utente finale una larghezza di banda minore di quella necessaria. La velocità effettiva della maggior parte delle connessione di rete è in genere da 1/3 a 1/2 della velocità di connessione della porta in base al numero di utenti. Ad esempio, una porta a 100Mb/s può fornire solo da 30 a 50 Mb/s di trasmissione dati effettiva.

Se il cablaggio non è adeguato o si verificano problemi hardware che determinano frequenti ritrasmissioni di dati, questo valore si riduce significativamente.

Nella Figura 2 di seguito, è riportata la progressione delle velocità dati nel corso degli ultimi anni. A fronte di un aumento della larghezza di banda disponibile, le tecnologie più recenti quali video fullmotion, convergenza di sistemi vocali, di dati, di protezione e di controllo dell’automazione per edifici, data center e backbone hanno già raggiunto la soglia dei gigabit.

Figura 2: Crescita della velocità di trasmissione delle applicazioni

Nel giugno 2002, è stato completato lo standard 802.3ae per la fibra a 10Gb/s mentre procedeva la definizione dello standard relativo a 40 Gb/s. IEEE ha autorizzato un progetto di standardizzazione di 10GBASE-T su un canale trasmissivo realizzato mediante coppie in rame, con 4 connettori e con lunghezza pari a 100 metri; la prima bozza dello standard è prevista nel giugno 2004 e uno standard finale (802.3an) è previsto per giugno 2006. Uno standard in rame a 10 Gb/s è già disponibile per rispondere alle esigenze dei data center: lo standard 10GBASE-CX4 802.3ak specifica la trasmissione a 10 Gb/s su canali twinax (schermati) lunghi fino a 15 metri. È interessante notare come questa distanza sia stata quasi raddoppiata con un canale TERA™ che utilizza la tecnologia chip esistente, consentendo significativi risparmi in confronto al più costoso supporto di trasmissione twinax. Due connettori Siemon TERA di Categoria 7/Classe F sono compatibili con pacchetti MSA (Multisource Agreement) XPAK e X2 e consentono un facile aggiornamento di moduli ‘hot-pluggable’ Ethernet a 10G. Gli MSA definiscono prestazioni, interfacce, dimensioni fisiche e condizioni ambientali dei moduli per soluzioni 10G a basso costo su grandi distanze. Mentre lo standard CX4 per data center fornisce le specifiche per distanze brevi, i cablaggi di categoria 7/classe F sono in grado di supportare collegamenti Ethernet a 10G su un canale a 4 connettori di 100 metri effettivi.

Fisica della trasmissione

I tempi di inattività, la produttività persa e i cicli di vita del sistema sono direttamente influenzati dalla capacità di trasmissione del sistema di cablaggio. L’utilizzo ottimale delle apparecchiature dipende inoltre dalle caratteristiche di trasmissione del sistema di cablaggio. Infatti, diversi produttori hardware indicano ancora le prestazioni minime richieste per il cablaggio raccomandando pero’ un sistema di cablaggio con prestazioni superiori così come i produttori software specificano requisiti di sistema minimi a fronte dei requisiti consigliati. I motivi di queste raccomandazioni sono da individuarsi nei principi fisici della trasmissione.

Aumentando le velocità di elaborazione, aumenta anche l’esigenza di larghezza di banda ovvero la trasmissione del segnale richiede una più ampia gamma di frequenze. Claude E. Shannon, autore di “The Mathematical Theory of Communication” ha definito la capacità di Shannon, nota anche come legge di Shannon, che dimostra i limiti della capacità di un collegamento in funzione del rapporto tra l’ampiezza di un segnale e il rumore di fondo del canale trasmissivo, espresso in bit/secondo. In altre parole, la quantità di informazioni che una linea di trasmissione può trasferire diminuisce con l’aumentare del disturbo nel canale e con il diminuire della potenza del segnale. Esistono numerosi tipi di interferenze, dai disturbi generati all’interno del canale di trasmissione ai disturbi generati da sorgenti esterne.

I sistemi di categoria 6/classe E offrono il doppio della larghezza di banda in termini di rapporto PSACR (Power Sum to Attenuation Crosstalk Ratio), valore che indica l’immunità del canale rispetto alla diafonia. Il rapporto tra l’ampiezza di un segnale e il rumore di fondo di un canale trasmissivo può essere ulteriormente migliorato attraverso un cablaggio in grado di “schermare” le portanti dai disturbi esterni.

Ma, mentre le velocità di trasmissione aumentano e i segnali si estendono a frequenze più elevate, entrano in gioco altre sorgenti di interferenza. Fino a questo momento molte delle interferenze tipiche negli ambienti “commerciali” sono state considerate insignificanti. Una di queste sorgenti di interferenza, l’Alien Crosstalk (ANEXT) è provocata dall’accoppiamento di segnali tra cavi adiacenti. Sebbene il valore della diafonia tra cavi è normalmente inferiore alla diafonia (NEXT) interna al cablaggio, l’effetto sulla capacità del canale è maggiore, in quanto è più difficile sopprimere l’ANEXT mediante le tecniche di elaborazione del segnale digitale comunemente utilizzate. I sistemi di cablaggio di categoria 6 ScTP (a coppia intrecciata schermata) includono uno schermo completo, che non solo migliora l’immunità del sistema nei confronti di interferenze esterne, incluso l’ANEXT, ma riduce anche il livello di interferenze all’interno del cavo.

I sistemi di categoria 7/classe F offrono un livello di prestazioni ancora più elevato. ISO/IEC ha approvato l’edizione 2 dello standard 11801 - integrato con IEC 61076-3-104 e IEC 60603-7-7 - offrendo specifiche complete per i sistemi di categoria 7/classe F, che comprendono l’interfaccia TERA™.

I sistemi di categoria 7/classe F utilizzano cavi PiMF (Pairs in Metal Foil), noti anche come cavi S/FTP, in cui ogni singola coppia è schermata con un’ulteriore calza metallica esterna alle 4 coppie. Le singole coppie schermate eliminano virtualmente la diafonia tra coppie dello stesso cavo e, in combinazione con la schermatura esterna, forniscono un’immunità alle interferenze migliore rispetto ai cavi ScTP precedentemente illustrati.

Lo standard per 10GBASE-T - in attesa di definizione - si prevede utilizzerà una categoria 6/classe E migliorata con l’obiettivo di supportare canali di lunghezza compresa tra 55 e 100 metri. L’accresciuta capacità di trasmissione dati è direttamente correlata alla capacità di canale e degli apparati di annullare i disturbi presenti nel canale, quali diafonia e return loss. Dal momento che l’Alien Crosstalk non può essere annullato utilizzando la stessa tecnologia di elaborazione del segnale digitale, la lunghezza del canale dipenderà dalla capacità del sistema di annullare l’ANEXT. Poiché l’Alien Crosstalk non rappresenta un fattore di interferenza nei confronti di sistemi a coppia intrecciata completamente schermati, sono oggi disponibili sistemi di categoria 6/classe E ScTP e categoria 7/classe F che forniscono un valido supporto alle trasmissioni a 10Gb/s su un modello di canale a 4 connettori di 100 metri effettivi.

Figura 3: Capacità teorica del canale per sistemi di Classe E UTP, Classe E ScTP e Classe F

Come indicato in Figura 3, più grande è la compensazione del disturbo, maggiore è la trasmissione dati.

I canali in fibra non subiscono le interferenze proprie dei sistemi in rame, in primo luogo perché i problemi associati con la trasmissione dei fotoni sono differenti. Se da un lato le perdite di inserzione e le interferenze rappresentano il problema principale delle trasmissioni su rame, l’attenuazione ottica o la trasmissione di segnali coerenti al ricevitore impegnano i tecnici nella ricerca di nuove soluzioni in fibra. La fibra ottica è l’ideale per la trasmissione ad alta velocità su lunghe distanze ma il costo elevato dei trasmettitori e ricevitori rende tale implementazione piu’ costosa. Le fibre ottiche permetteranno di supportare le future generazioni delle comunicazioni di rete operanti ad elevate velocità.

Oltre gli standard

La definizione degli standard di settore richiede tempo. Le numerose aziende partecipanti affrontano le varie problematiche tecniche per garantire l’implementazione di sistemi di cablaggio con prestazioni pari o superiori ai requisiti minimi specificati. Per assicurare interoperabilità e funzionalità, esistono collegamenti tra i differenti enti normativi. Il consorzio IEEE utilizza gruppi ad hoc sul cablaggio, report provenienti da produttori e collegamenti con TIA e ISO per lo lo sviluppo degli standard. Siemon partecipa a questi consorzi normativi e assegna una parte significativa delle risorse di ricerca e sviluppo, ingegneristiche e di laboratorio per supportare lo sviluppo degli standard. L’impegno verso standard globali fornisce ai nostri utenti la certezza che i sistemi Siemon non solo soddisfano ma superano i requisiti minimi standard supportando anche le applicazioni future.

I clienti possono orientarsi nel mercato e ridurre al minimo i rischi nel processo di selezione del sistema di cablaggio ricercando sistemi che siano superiori ai requisiti dei più recenti standard. Non solo questi sistemi saranno in grado di fornire margini nelle prestazioni, ma avranno più probabilità di soddisfare nuovi parametri nel caso di eventuali aggiornamenti negli standard.

I sistemi offerti con garanzia estesa, che include il supporto di applicazioni presenti e future, permettono un miglior ritorno sull’investimento nel lungo periodo.

Come in precedenza menzionato, IEEE ha identificato prestazioni superiori per i sistemi di categoria 6/classe E allo scopo di consentire il funzionamento a 10 Gb/s. Le prestazione estese richiedono un sistema in grado di fornire una banda utile di 625 MHz.

La soluzione 10G ip™ Siemon è la prima del settore a fornire garanzie sulle prestazioni fino a 625 MHz per applicazioni a 10Gb/s in rame e fibra.

Siemon offre il set di soluzioni più completo con le più elevate prestazioni al mondo; cio’ include soluzioni schermate, non schermate, e in fibra ottica.

Primi sul mercato

Siemon è stata la prima azienda a lanciare sul mercato una linea completa di hardware di connessione di categoria 6 nel novembre 1998. Attraverso l’attiva partecipazione agli standard di settore, Siemon conosceva le limitazioni nelle prestazioni indicate nel Draft di Categoria 6 e ha fatto in modo che i propri prodotti superassero da subito queste limitazioni. Mentre i concorrenti di Siemon tendevano ad abbassare il livello dello standard, Siemon ha potuto garantire che il proprio sistema sarebbe risultato conforme allo standard finale una volta ratificato. Oggi, Siemon si trova in una posizione analoga in relazione allo standard 10GBASE-T.

Nel 1999, Siemon ha sviluppato la prima interfaccia non-RJ approvata da ISO per la categoria 7. Siemon TERA™ è un connettore a 4 quadranti completamente schermato che ha lo stesso ingombro di un connettore RJ45. Il connettore TERA è in grado di fornire una larghezza di banda di 1,2GHz per coppia, ovvero il doppio dello standard per la categoria 7. Questo connettore innovativo è in grado di condividere più configurazioni e applicazioni su un cablaggio a 4 coppie attraverso patch cord a 1, 2 o 4 coppie, consentendo configurazioni avanzate e risparmio dei costi.

Ad esempio, un collegamento può supportare una stazione di lavoro 10/100, un telefono e disporre ancora di una coppia per applicazioni video. Nel caso di applicazioni VoIP, un link può supportare una stazione di lavoro a 10/100 mentre le altre coppie forniscono alimentazione e dati al telefono. Con una capacità di canale cinque volte superiore a un sistema di categoria 6/classe D, TERA è il sistema in rame più robusto e versatile attualmente disponibile sul mercato.

In base ad alcune stime, i futuri sistemi 10GBASE-T richiederanno una capacità di Shannon di almeno 18Gb/s. Questa capacità teorica si basa su tecnologie mature e testate, come quelle implementate da applicazioni quali 1000BASE-T. La grande sfida nei sistemi UTP è la soppressione dell’Alien Crosstalk. Secondo il gruppo di studio IEEE 802.3an™ 10GBASE-T questa problematica tecnica limitera’ la distanza complessiva del canale per sistemi UTP di categoria 6/classe E standard a valori compresi tra 55 e 100 metri. La capacità di eliminare tali problemi consente alle soluzioni schermate 10G 6™ e TERA di Siemon di fornire agevolmente questa capacità su canali di 100 metri a 4 connettori.

Recenti sviluppi nel gruppo di studio 10GBASE-T hanno dimostrato che è possibile raggiungere velocità dati 10GBASE-T con una capacità di Shannon inferiore a 18Gb/s. La possibilità di sviluppo tecnologico attraverso una combinazione di codici canale più complessi (quali i codici LDPC) e componenti di cablaggio UTP con prestazioni superiori consentirà alle applicazioni a 10Gb/s di operare su un canale di 100 metri. Anticipando questi requisiti, i sistemi Siemon 10G 6 UTP offrono una capacità di canale senza rivali che utilizza appieno i futuri sviluppi della tecnologia per i 10Gb/s, continuando a supportare lunghezze e tipologie standard.

Conclusione

Secondo Moore, Metcalf e Parkinson, la potenza di calcolo, la capacità di memorizzazione e la larghezza di banda continueranno a crescere a ritmo esponenziale. In breve, i server di oggi diventeranno i desktop di domani. Si potrebbe pensare che il collegamento Ethernet a 10Gigabit non arriverà presto al desktop ma solo 5 anni fa si pensava la stessa cosa del collegamento Ethernet a 1Gigabit.

La tecnologia di rete continuerà a progredire. Il sistema di cablaggio in genere rappresenta meno del 5% dell’investimento di rete complessivo eppure supporta l’intero ambiente di rete. È opportuno quindi installare oggi il migliore sistema di cablaggio per proteggere l’investimento e ottimizzare il ciclo di vita del sistema. Siemon 10G ip™ fornisce le migliori prestazioni e offre una gamma completa di sistemi di cablaggio pronti per il collegamento a 10G: cablaggi UTP & ScTP 10G 6™, TERA™ di categoria 7 e in fibra XGLO™. Siemon opera con questo marchio da oltre 100 anni ed è specializzata nella produzione e nell’innovazione di sistemi di cablaggio di alta qualità e prestazioni superiori. Quale altra azienda vorreste per il vostro sistema di cablaggio – la base del successo dell’azienda?