Ethernet e le Pmi: la tecnologia Ethernet-over-copper

Quando la tecnologia Ethernet ha fatto ingresso nel mercato nelle reti aziendali negli anni ’90, era principalmente rivolta alle applicazioni di alta fascia, ossia ad imprese di grandi dimensioni con requisiti di banda di diversi Megabit al secondo.

L’emergere di tecnologie quali Ethernet-over-copper (EoC), che consente di trasmettere segnali Ethernet su cavi in rame, ha abbattuto i costi di installazione delle reti Ethernet, rendendole alla portata anche delle PMI.

Una tecnologia versatile ed affidabile

Fin dalla sua invenzione negli anni Settanta, Ethernet ha dimostrato di essere una tecnologia adattabile all’evoluzione delle esigenze del mercato. Sviluppato inizialmente come standard per collegare reti locali (LAN) a 10 Mbps, il protocollo Ethernet è stato successivamente migliorato per gestire velocità di 100 Mbps, 1 Gbps e 10 Gbps, su cablaggi in rame e in fibra. Secondo la società di analisi Dell’Oro, la vendita di porte Ethernet da 1 Gbps ha ormai superato quella di porte da 100 Mbps. È in fase di sviluppo IEEE 803.2ba, che consentirà la trasmissione a 40 Gbit/s su un raggio di 10 Km, e fino a un massimo di 100 Gbit/s. L’Higher Speed Study Group (HSSG) dell’IEEE è al lavoro per definire gli standard necessari a un’interfaccia da 100 Gigabit/s. La tecnologia Ethernet è stata estesa con gli anni dall’ambiente LAN, alle reti metropolitane (MAN). Numerosi gruppi di standardizzazione come IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), IETF (Internet Engineering Task Force, ITU (International Telecommunication Union) e MEF (Metro Ethernet Forum) sono al lavoro per estendere le specifiche per i servizi Ethernet. La sua versatilità e la sua facilità d’uso la stanno rendendo lo standard di fatto per le reti aziendali.

Un’analisi di mercato svolta da In-Stat ha rilevato come una delle principali ragioni della migrazione verso Ethernet da parte delle aziende risiede nella sua scalabilità. Oggi che molte aziende vedono il loro traffico di telecomunicazioni aumentare del 20%-30% ogni anno, la scalabilità di Ethernet è considerata un requisito essenziale per soddisfare le esigenze crescenti di banda. La tecnologia permette anche di utilizzare il doppino di rame di tipo voice-grade per il traffico fino a 2 Mbps Nessun’altra tecnologia si avvicina neppure a una così vasta scelta di opzioni di banda. Un altro vantaggio è la possibilità per l’utente di aumentare facilmente la banda di un servizio Ethernet esistente senza che, nella maggior parte dei casi, il provider debba inviare i propri tecnici sul posto. Questo avviene grazie alla disponibilità di un’unica interfaccia fisica in grado di scalare da 10 a 100 e 1000 Mbps (1 Gbps); di conseguenza le variazioni di banda sul profilo di servizio di un utente possono essere eseguite via software presso il NOC (Network Operations Center) del provider.

Il concetto di scalabilità va ben oltre la semplice disponibilità di interfacce più veloci; permette anche di erogare un’ampia varietà di applicazioni con diversi livelli di QoS (Quality of Service) attraverso un’infrastruttura comune a costi più bassi, grazie alla possibilità di sfruttare le economie di scala. La voce, ad esempio, richiede solitamente basso ritardo e bassa variazione del ritardo. Molte applicazioni finanziarie che distribuiscono informazioni temporalmente sensibili richiedono un basso valore di perdita di pacchetti di dati e garanzie precise sul ritardo di trasmissione e sulla variazione di tale ritardo.

Ethernet su cavi in rame

L’aumento esponenziale della quantità di traffico dati su rete ha stimolato una trasformazione senza precedenti. Di conseguenza, i progettisti di soluzioni di rete si trovano a dover compiere scelte di progetto per reingegnerizzare le infrastrutture delle reti aziendali.

La tecnologia Ethernet su cavi in rame (Ethernet-over-copper o EoC) è stata sviluppata con l’obiettivo di offrire connettività Ethernet ad un costo più accessibile. I lavori per estendere lo standard Ethernet 10GBase-T su cavi in rame sono finalizzati infatti ad abbattere i costi di queste soluzioni, che sono state limitate finora a reti su fibra ottica o su cavi in rame di corto raggio.

Ratificato nel 2006, lo standard IEEE 802.3an 10GBASE-T per le connessioni Ethernet a 10 Gigabit ai professionisti IT che si occupano dei data center e delle reti aziendali. In primo luogo, la rete Ethernet conforme al protocollo IEEE 802.3an può essere implementata su cablaggi in rame esistenti, pur consentendo di usare switch a 10 Gbit/s ad alta densità.

A causa del loro basso costo e della loro semplicità di installazione di tipo “plug-and-play”, i doppini in rame non schermati (Unshielded Twisted Pair, UTP), sono la soluzione preferita per realizzare reti e interconnessioni per data center. Esistono forti ragioni dietro all’ampia accettazione e alla rapida crescita dell’uso di doppini non schermati (UTP, Unshielded Twisted Pair). Fra queste figurano i bassi costi iniziali, la capacità di fornire servizi LAN con velocità di trasmissione dati superiori, e la flessibilità di poter usare un unico mezzo per erogare tutti i tipi servizi di rete.

Gli standard ANSI/TIA/EIA-568 e ISO/IEC 11801 definiscono i livelli di prestazione dei cablaggi (di Categoria 5e, 6 e 6a) e stabiliscono i requisiti minimi per il mezzo di trasmissione necessari per supportare un’ampia varietà di dati, segnali audio, video nelle aziende. Lo standard ANSI/TIA/EIA-854 fornisce le specifiche per una connessione Ethernet di tipo full duplex che opera a 1000 Mbps (1000 Base-TX). Lo standard garantisce prestazioni superiori, ma richiede cavi di Categoria 6 anziché 5e. Le prestazioni dei cablaggi sono tuttavia garantite presupponendo la piena interoperabilità dell’hardware e l’assenza di variabili ambientali e di installazione impreviste. Questi fattori possono incidere sull’efficienza del sistema di cablaggio.

Almeno l’80 % del cablaggio negli edifici è in rame di Categoria 5e o superiore. I cavi di categoria 5e sono in grado di supportare le connessioni Ethernet di tipo 10GBASE-T. Le connessioni di Categoria 6 supportano distanze di trasmissione da 55 metri fino a 100 metri, mentre i cavi di Categoria 6 aumentata o Categoria 6a supportano lo standard 10GBASE-T su distanze fino a 100 metri. La tecnologie Ethernet su doppini in rame continua quindi ad essere il protocollo e il mezzo di comunicazione preferito per le applicazioni di cablaggio di reti che operano su un raggio inferiore a 100 metri.

La tecnologia Ethernet su cavi in rame fornisce numerosi vantaggi, in termini sia di semplicità di installazione, sia di rapporto prestazioni-prezzo. Rappresenta quindi un’opzione molto vantaggiosa per le piccole e medie imprese.

All’aumentare della velocità di trasmissione dati, le reti LAN con interconnessioni in rame richiedono hardware più complesso e costoso.

Diverse applicazioni emergenti, come il Voice over IP e il Video over IP, sono molto sensibili ai tempi di trasmissione e richiedono che i pacchetti di dati siano trasmessi lungo una rete IP in un particolare istante e con un ordine ben determinato. A differenza dei trasferimenti di dati normali (come a esempio il trasferimento di file), se un pacchetto non è ricevuto correttamente, non è possibile trasmettere nuovamente il dato mancante. Questo problema può anche interrompere completamente le comunicazioni. Di conseguenza, si raccomanda di usare cavi di Categoria 6 o superiori per applicazioni che richiedono il funzionamento in tempo reale.

In passato, in assenza di un’opzione in grado di supportare la trasmissione a lungo raggio su cavi in rame, la tecnologia 10-Gbit Ethernet ha stentato a prendere piede. L’anno scorso sono stati venduti meno di 400.000 switch di tipo 10 Gbit Ethernet e circa 30.000 schede per server. L’obiettivo è di realizzare schede Ethernet 10 Gbit che possano essere vendute ad una fascia di prezzo attorno ai 400 euro entro l’anno prossimo. Con i nuovi dispositivi al silicio realizzati o in fase di realizzazione da parte di numerosi produttori, il mercato dei server Ethernet 10 Gbit dovrebbe subire un’accelerazione.

La trasmissione di segnali a 10 Gbit/s su cavi in rame ha richiesto in passato più chip che consumavano più di 12 W. Il nuovo transceiver SFT 9001 della società Californiana SolarFlare Communications, i cui campioni sono disponibili da Maggio, é in grado di ridurre i consumi di oltre la metà, pari a meno di 5,5 Watts. Il transceiver é in grado di supportare connessioni Ethernet 10 Gbit su cavi in rame di 100 metri ed é costituito da un unico chip in tecnologia da 65 nanometri, la stessa con cui sono realizzati i processori Core Duo di Intel. Il chip è pensato in particolare per i server e gli apparecchi di rete. Altre società che stanno sviluppando soluzioni simili includono Broadcom, Marvell e le startup Aquantia, Teranetics e KeyEye Communications.

Con i nuovi sistemi N7700 e N7900 della famiglia N series, disponibili sia come appliance che come gateway, e dotati di connettività Gigabit Ethernet (GbE), IBM si rivolge alle piccole e medie imprese offrendo un’infrastruttura di storage a più livelli, ad alta efficienza che consente di ottenere al contempo una riduzione dei costi, ed un grado elevato di sicurezza dei dati integrata.

Figura 1: IBM Serie N

Hewlett Packard ProCurve Networking ha introdotto di recente gli switch Gigabit Ethernet ProCurve 2510G, pensati espressamente per le piccole e medie imprese. La serie comprende due switch 10/100/1000Mbps Ethernet che complementano la linea di switch 2510 di tipo 10/100. I prodotti, disponibili da Luglio, sono adatti per le aziende che hanno necessità di ampliare la propria rete dotandola di connettività da 1 Gbit/s per supportare la trasmissione di file di grandi dimensioni, dati grafici, database di grandi dimensioni, stream video e per funzioni quali il backup su rete e il data storage.

Figura 2: HP ProCurve

Tab. 1 – Velocità di download e tempo di risposta di un sistema di cablaggio di categoria 6 e di uno di categoria 5e che inviano un file di 450 Mbyte fra due workstation. I dati sono stati misurati durante un test condotto dall’Anixter Infrastructure Solutions Lab

Sistema di cablaggio

Velocità media di trasmissione dati su una connessione 100 Base-T

Tempo di risposta

Categoria 6

86,83 Mbps

41,46 secondi

Categoria 5e

0,454 Mbps

2,20 ore

Tab. 2 – Livello di prestazioni dei cablaggi di tipo Ethernet in uso e nelle nuove installazioni

Tipo di porta Ethernet

Cablaggio esistente

Nuove installazioni

10 Base-T

Categoria 3

Categoria 5e

100 Base-TX

Categoria 5, con test sul campo TSB-95

Categoria 5e

1000 Base-T

Categoria 5e

Categoria 6

10G Base-T

Categoria 5e/Categoria 6 con test sul campo TSB-155

Categoria 6A

Tab. 3 -Tipo di trasmissione supportata da diverse categorie di cablaggio

Tipo di porta Ethernet

Velocità di trasmissione dati

Tipo di trasmissione dei segnali

10 Base-T

10 Mbps

Unidirezionale

100 Base-TX

100 Mbps

Unidirezionale

1000 Base-T

1 Gbps

Bidirezionale

10G Base-T

10 Gbps

Bidirezionale

Tab. 4 – Requisiti di diverse applicazioni relativamente al sistema di cablaggio (fonte: Cisco Systems)

Trasferimento di file di dati

Applicazioni interattive

Funzioni voce in tempo reale

Video in tempo reale

Tempo di risposta

ragionevole

in meno di un secondo

100 ms di ritardo con jitter ridotto

ritardo e jitter minimi

Velocità di trasmissione dati

alta

bassa

bassa

alta

Perdita di pacchetti

media

bassa

massa

minima

Presenza di tempi di fermo (che influiscono sull’affidabilità)

ragionevole

bassa

bassa

minima