Aggiornamento Standard e Normative Maggio 2017

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04/05/2017

OM5 Wideband Multimode Fiber ed attenuazione della fibra ottica multimodale
ISO/IEC JTC1/SC25 WG3 ha confermato l’adozione di OM5 quale nome per le fibre ottiche di nuova generazione WBMMF (Wideband Multimode Fiber). Le fibre ottiche OM5, in aggiunta alle applicazioni supportate già dalle fibre OM4 a 850nm e 1300nm, permettono di supportare le applicazioni di futuro sviluppo grazie alla possibilità di utilizzare tecniche WDM (wavelength division multilpexing) nel range di lunghezze d’onda da 850nm fino a 953nm.
È stata inoltre respinta la proposta di abbassare a 3.0 dB/Km l’attenuazione a 850nm per le fibre OM3 e OM4, questo principalmente per non creare confusione sul mercato con le fibre ottiche già installate e classificate come OM3 o OM4. Pertanto l’attenuazione per le fibre OM3 e OM4 a 850nm rimane invariata a 3.5 dB/Km, mentre 3.0 dB/Km verrà adottato solo per le fibre OM5.

Connettore per applicazioni con più di due fibre
Sempre ISO/IEC JTC1/SC25 WG3 durante l’ultimo meeting tenutosi a Singapore lo scorso Gennaio, ha bocciato la proposta di un connettore specifico a 8 fibre, quindi da utilizzarsi per applicazioni di tipo parallelo tipo 40GBASE-SR4. Se il connettore LC rimane l’interfaccia per le applicazioni di tipo seriale, che prevedono quindi l’utilizzo di due fibre (TX e RX), per applicazioni che prevedono l’utilizzo di più di due fibre il connettore riconosciuto da FDIS ISO/IEC 11801-5 rimane il connettore MPO nella sua configurazione a 12 fibre (IEC 61754-1) o 24 fibre (IEC 61754-2). Inoltre, in mancanza specifiche mature, è stato tolto il riferimento al connettore MPO a 16 e 32 fibre.

Pulizia ed ispezione dei connettori ottici
Riguardo l’ispezione e la pulizia dei connettori ottici, nel draft finale dello standard 11801-1, viene riportata una nota in cui viene indicato che “la parte terminale dei connettori deve essere ispezionata per verificare che non ci sia contaminazione attraverso un opportuno microscopio secondo ISO/IEC 14763-3 e, se necessario, pulita. Prima che venga effettuata una connessione, la parte terminale del connettore deve essere nuovamente ispezionata per verificare che la pulizia sia stata effettuata con successo. La qualità dei plug utilizzati per i test deve essere ispezionata secondo quanto riportato dall’allegato B dello standard 14763-3.”.

Colore dei cavi OM5
TIA TR-42 ha accettato la proposta presentata da CommScope per utilizzare il colore “lime” per il colore della guaina dei cavi OM5. Un secondo addendum verrà creato per lo standard TIA-598-D in cui verrà aggiornata la definizione dei colori rispetto alle varie tipologie di cavi ottici.

Sviluppo di applicazioni su una coppia (rame)
Continuano gli studi del WG per lo sviluppo di cablaggio per supportare IEEE 802.3 1000BASE-T1, ovvero la trasmissione di un 1 GbE su una singola coppia. Si sta inoltre discutendo della possibilità di includere anche IEEE P802.3cg, ovvero 10 Mb/E su una singola coppia fino a 1 Km; quest’ultima applicazione trova terreno fertile per sviluppi in ambito automotive

AIM – Automated Infrastrucure Management
Ora che lo standard AIM è stato pubblicato (ISO/IEC 18598), il la nuova versione dello standard ISO/IEC 11801-6 andrà ad indicare che “per l’amministrazione e la gestione di installazioni grandi/complesse, deve essere utilizzato un sistema AIM conforme allo standard ISO/IEC 18598.

Approfondimento:
La migrazione alle alte velocità nel data center: l’infrastruttura, i problemi, i driver ed i trend di mercato
Nel data center la velocità è tutto. La sfida è guardare avanti e sapere cosa si dovrà esser in grado di trasmettere, nell'immediato o nel futuro, tracciando il percorso più efficace e flessibile.
Più velocemente le tecnologie disponibili e gli standard applicabili si evolvono, tanto più difficile diventa il lavoro di gestione del data center.
Le recenti tendenze nei data center prevedono che i requisiti di larghezza di banda continueranno a crescere dal 25% al 35% l’anno. Un contributo fondamentale di questa crescita sostenuta è dato dal passaggio a velocità sempre maggiori da parte degli apparati di rete. Secondo un recente studio compiuto da Dell’Oro (Construction Zones on the Ethernet Roadmap; The Next Platform; March 24, 2016), i ricavi portati dagli switch Ethernet continueranno a crescere entro la fine di questa decade, grazie soprattutto alla vendita prevista di porte 25G e 100G.
Il numero di porte 40G ha probabilmente raggiunto il suo picco e con tutta probabilità tenderanno a diminuire a favore di porte 25G e 50G; ad oggi le porte 40G vengono utilizzate principalmente per fornire connettività ai server, in cui ad ogni QSFP da 40G vengono collegati quattro server a 10G. I server stanno però evolvendo ed è facile prevedere che richiederanno collegamenti superiori a 10G.
Il passaggio a 25G è ben avviato dato che questa tecnologia verrà adottata direttamente sui server; si prevede che la capacità trasmissiva su una singola fibra continuerà a raddoppiare, raggiungendo 100G entro il 2020 e consentendo la prossima generazione di connessioni per switch fabric. Sono diversi i fattori che guidano la crescita delle velocità di trasmissione nei data center:
  • Le densità dei server aumentano di circa 20% ogni anno
  • Le capacità dei processori stanno crescendo, con Intel che han recentemente annunciato un nuovo processore a 22 core
  • Il numero di sistemi virtualizzati continua a crescere del 30%, e questo determina l’aumento delle velocità degli uplink verso gli switch
La progettazione della rete deve riflettere questa enorme quantità di traffico e, soprattutto, deve permettere a tutti i server di essere dimensionati in modo indipendente senza il minimo disservizio in caso di riconfigurazioni. Di conseguenza, chi gestisce i data center si trova a dover lavorare con densità di server sempre più elevate, posare sempre più fibre ed accelerare i piani di migrazione a velocità più elevate per le reti di core e aggregation. L’infrastruttura di rete all’interno del data center deve essere quindi scalabile per supportare queste importanti e continue modifiche.

Cambiamenti nell’infrastruttura di rete
L’evoluzione del traffico dati nel data center richiede una progettazione della rete che permetta di sostenere questa continua crescita.
L’architettura tradizionale del data center prevede l’utilizzo di un’architettura a tre strati; il livello core, tipicamente localizzato nell’area di distribuzione principale (MDA), è il luogo dove i vari switch di rete sono interconnessi gli uni agli altri, così come con le risorse di rete all’esterno del data center. Questo livello è collegato con il livello aggregation che permette a sua volta di connettere i vari switch del livello access. Nei grandi data center enterprise e cloud, solitamente il livello aggregation lo si può localizzare nell’area di distribuzione intermedia (IDA), mentre in strutture più piccole può trovarsi in corrispondenza nell’area di distribuzione orizzontale (HDA) piuttosto che nell’area di distribuzione delle apparecchiature (EDA). Il livello access si sviluppa dal data center verso i singoli nodi utilizzati dagli utenti per accedere alla rete. Il design di questo modello permette la realizzazione di un data center facilmente scalabile ma risulta meno efficiente quando di tratta di supportare applicazioni virtualizzate o a bassa latenza. Di conseguenza si è diventato necessario un cambiamento dell’architettura dell’infrastruttura di rete verso un modello di tipo leaf-and-spine.
L’architettura di tipo leaf-and-spine rappresenta un design semplificato che permette spostamento di dati fra un server e l’altro in modo ottimizzato, permettendo di supportare applicazioni di tipo cloud. In questa architettura le reti sono distribuite su più switch leaf, rendendo questo livello di switch molto critico per massimizzare la scalabilità e fornire al contempo alte prestazioni. Ogni switch “leaf” è collegato a tutti gli switch “spine”, creando così una rete altamente flessibile ad ogni struttura. La maglia dei collegamenti in fibra rappresenta una risorsa di rete ad alta capacita, un “tessuto” condiviso con tutti i dispositivi collegati; tutti i collegamenti funzionano alla stessa velocità: pertanto, maggiore è la velocitò del mezzo trasmissivo, maggiore sarà la capacità di questo tessuto di interconnettere i vari elementi.
Le reti fabric richiedono u gran numero di connessioni in fibra ottica, in particolare a livello degli switch. I vendor di apparati attivi stanno continuando a lavorare per aumentare la densità delle proprie schede al fine di stare al passo con le ultime evoluzioni e le richieste del mercato. Di conseguenza, data la crescente densità di porte attive, l’infrastruttura di cablaggio e le soluzioni di gestione quali cassetti ottici di terminazione e distribuzione, pannelli di permutazione e canaline, diventano sempre più importanti.

L’evoluzione degli standard
Gli enti che definiscono gli standard degli applicativi, ovvero IEEE 802.3 (Ethernet) e ANSI/T11 (Fibre Channel), sono stati impegnati per aggiornare le linee guida e le raccomandazioni al fine di potere supportare l’aumento della larghezza di banda richiesta. L’obiettivo di questi gruppi di standardizzazione non è solo di facilitare l’evoluzione verso livelli sempre maggiori di traffico dati; incoraggiano inoltre anche lo sviluppo di applicazioni a velocità sempre più elevate che aumentano l’efficienza ed il ritorno dell’investimento delle apparecchiature e dell’infrastruttura all’interno del data center. A tal scopo sono state sviluppate, o sono in fase di sviluppo, alcune velocità intermedie che permettono di colmare il divario tra 10G, 40G, 100G e 400G. La tabella elenca i diversi standard Ethernet; in azzurro quelli ancora no ufficialmente ratificati ma comunque in fase di sviluppo.

standard

Le opzioni per la migrazione
La discussione che riguarda la migrazione verso velocità trasmissive maggiori è complessa ed evolve rapidamente. Questa prende in considerazione un’ampia gamma di fattori, riguardanti il tipo di fibra, tipologie di modulazione e schemi trasmissivi, configurazione dei connettori e, naturalmente, le considerazioni sui costi.
Due possibili percorsi di migrazione:
10GBASE-SR utilizzando due fibre e terminazione su moduli pre-terminati MPO
40GBASE-SR4 in cui la trasmissione avviene in parallelo utilizzando connettori MPO fra lo switch ed il server
Determinare quale sia il migliore per qualsiasi ambiente significa considerare molto attentamente ogni aspetto; a seguito vengono presi in considerazione alcuni dei molti problemi che devono essere valutati in modo accurato.

Canali trasmissivi 40G o 25G?
Fino a non molto tempo fa, la mappa di migrazione prevedeva un salto da 10G a 40G. Dall’approvazione dello standard IEEE 802.3by, l’industria si sta spostando verso 25G quale prossima tecnologia di comunicazione prevista per gli switch. Ciò è anche dovuto dal fatto che trasmissioni a 25G offrono una facile migrazione a 50G (2x25G) e 100G (4x25G), offrendo un miglior ritorno sull’investimento rispetto ad una migrazione a 40G.
Sono disponibili anche nuovi schemi di modulazione ora più efficienti. PAM-4 (Pulse amplitude modulation with four amplitude levels) è stata proposta per i collegamenti ottici per I collegamenti sia all’interno che fra data center. PAM-4 è una tecnica di modulazione che utilizza quattro distinte ampiezze di impulso per trasmettere i dati. Rispetto alla tradizionale modulazione binaria (NRZ – Non-Return to Zero), PAM-4 consente di duplicare la capacità di trasmissione a parità di frequenza di segnale. Purtroppo, il lato negativo è che viene richiesto un rapporto segnale-rumore (SNR) più elevato, il che determina requisiti più stringenti per l’infrastruttura di rete a supporto. Tuttavia, la sua semplicità ed il basso consumo energetico rendono la modulazione PAM-4 una delle tecniche di modulazione più promettenti per trasmissioni 100G ed oltre.

Tecnologia delle interfacce ottiche
Oltre a sviluppare schemi di modulazione più avanzati per aumentare le potenziali velocità di trasmissione di ogni singolo canale, vengono sviluppate anche varie tecniche di multiplexing delle singole lunghezze d’onda (WDM – Wavelength Division Multiplexing) per aumentare il numero di “corsie”, ovvero di lunghezze d’onda, trasmesse per ciascuna singola fibra ottica. WDM è stato utilizzato per più di due decenni per aumentare le velocità trasmissive delle reti metropolitane o comunque a lungo raggio, potendo aumentare le velocità e la capacità e andando a ridurre allo stesso tempo il numero fisico di fibre ottiche utilizzate. Viene utilizzato in applicazioni Ethernet che prevedono fibra mono modale, come ad esempio 10GBASE-LR4 e 100GBASE-LR4 che combinano quattro differenti lunghezze d’onda sulla stessa fibra utilizzando appunto la tecnologia WDM.
Questo stesso concetto viene ora esteso alla fibra ottica multimodale attraverso ciò che noto come “short” WDM o SWDM. SWDM utilizza lunghezze d’onda in un range da 850 nm a circa 940 nm.

Trasmissione di tipo seriale o parallelo?
Dato che le applicazioni richiedono maggiore banda, il mercato sta gravitando verso ottiche di tipo parallelo. Questa tendenza è supportata dalla richiesta costante di link terminati su connettori MPO all’interno del data center da più di un decennio. Attraverso l’uso di fibra ottica ottimizzata per trasmissioni laser (LOMMF – Laser Optimized Multimode Fiber), le ottiche di tipo seriale possono supportare efficacemente velocità fino a 10G. Ma, storicamente, utilizzando trasmissione seriale per supportare la migrazione verso 25G o 40G è necessario passare a soluzioni mono modali, quindi più costose. In alternativa, un’interfaccia ottica di tipo parallelo fornisce una soluzione più economica per la migrazione a 40G, 100G e 200/400G.
Il passaggio a tecnologie di tipo parallelo viene agevolato dall’utilizzo del connettore MPO. Nel Nord America si prevede un aumento del 15.9% annuo fino a 2020 delle vendite di connettori ottici MPO per collegamenti a 40/100GbE, raggiungendo un valore di circa $126 milioni nel 2020. Tuttavia la tendenza verso l’utilizzo di ottiche di tipo parallelo potrebbe avere un leggero rallentamento in quanto si stanno sviluppando anche nuove tecnologie che permettono di ottimizzare le trasmissioni seriali (duplex), tecnologie quali PAM-4 e SWDM dovrebbero contribuire sicuramente allo sviluppo e fornire un supporto più conveniente per le applicazioni di tipo seriale nelle applicazioni del data center nel prossimo futuro.

Cavi pre-terminati o terminati in campo?
La necessità rendere disponibili rapidamente i servizi di rete ha aumentato il valore a la domanda dei sistemi di cablaggio pre-terminato. Secondo alcune stime, la funzionalità plug-and-play dei sistemi pre-terminati si traduce in un risparmio di tempo del 90% rispetto ad un sistema terminato in campo, e sono circa il 50% più veloci quando si tratta di manutenzione della rete. Il valore cresce con l’aumentare delle connessioni in fibra ottica.
I sistemi pre-terminati in fabbrica sono anche l’unica soluzione valida in caso siano richieste dai sistemi ottici bassissime attenuazioni. Fra i sistemi pre-terminati, le soluzioni MPO/MTP stanno rapidamente diventando lo standard de facto, sia per la connettività mono che multimodale, grazie alla sua facilità di impiego, la velocità ed ovviamente l’alta densità per unità rack offerta.

Mono modale, multimodale o multimodale “wideband”?
Il costo delle interfacce ottiche continua a limitare l’implementazione dei sistemi con fibra ottica mono modale (SMF) nei data center. Sebbene le nuove tecnologie e le efficienze produttive stiano aiutando a ridurre i prezzi per i sistemi SMF, non è ancora sufficiente per giustificare l’elevato costo delle ottiche mono modali. Le due aree del data center in cui l’uso dei sistemi SMF è in aumento sono i collegamenti fra la zona di ingresso alla zona di distribuzione principale e nella progettazione dei data center di grandi dimensioni.
Per i data center definiti “enterprise”, la fibra multimodale (MMF) continua ad offrire un equilibrio più attraente fra prestazioni, densità e costo. La sfida per i sistemi MMF diventa ora la distanza. Quando cresce il traffico dati ed aumentano le velocità di interconnessione, la distanza massima per un collegamento tende a diminuire. Ma i componenti di qualità sempre superiore e le nuove tecnologie possono fornire la capacità di un collegamento in grado di supportare distanze più lunghe e le nuove tipologie di architetture del data center.
La recente introduzione della fibra OM5 può fornire la soluzione ottimale per la migrazione dei sistemi ottici. La fibra OM5 è stata recentemente approvata con ANSI/TIA-492AAAE e verrà con tutta probabilità raccomandata da ANSI/TIA-942-B. Questa nuova fibra aumenta le capacità della tecnologia Short-Wave Division Multiplexing (SWDM) arrivando a fornire almeno quattro volte la larghezza di banda utilizzabile. Supporta anche le applicazioni tradizionali mantenendo la piena compatibilità con la fibra OM3 e OM4. Nella figura viene comparata la larghezza di banda per le fibre OM3, OM4 ed OM5.

Sistemi di gestione intelligenti
I sistemi per la gestione intelligente dell’infrastruttura di rete, Automated Infrastructure Management (AIM) possono fornire un aiuto molto importante nel processo di migrazione grazie alle informazioni dettagliate e precise della mappatura del livello fisico e di tutti i dispositivi collegati. Poiché i sistemi AIM controllano e documentano automaticamente tutte le porte e le fibre in uso, possono contribuire a garantire la capacità disponibile quando viene effettuata la migrazione da trasmissione duplex di tipo a seriale a parallelo.
Inoltre, i sistemi AIM possono aiutare a identificare pannelli di permutazione, cassetti ottici ed apparati attivi in eccedenze e renderli così disponibili per la migrazione da duplex a parallelo. La normativa ISO/IEC 18598 e l’europea EN 50667 per i sistemi AIM sono stati ratificati nel 2016 ed il documento ISO/IEC è stato adottato quasi letteralmente da TIA come ANSI/TIA-5048.

Conclusioni
Le soluzioni in fibra ottica pre-terminata con connettore MPO continuano ad essere la scelta migliore per le reti ad alte prestazioni. Questi sistemi offrono, essendo terminate in fabbrica, offrono eccellenti prestazioni, oltre alla velocità ed agilità di supportare i requisiti di espansione dei data center, siano questi enterprise o per applicazioni cloud.
Aumentare la larghezza di banda grazie al passaggio da OM3 a OM4 è un altro must-have per le reti odierne ad alta capacità. Fra le opzioni offerte dalle fibre MMF, OM5 diventa la scelta definitiva finale grazie alla sua possibilità di aumentare di un fattore quattro la capacità della fibra OM4. Inoltre, per aumentare la densità delle apparecchiature di rete in modo efficace, si consiglia l’utilizzo di trasmissioni duplex e abbinate al SWDM per i collegamenti di tipo “fabric”.
Bisogna inoltre fare un po’ di chiarezza in merito al tipo di connettore MPO utilizzato, ovvero a otto, dodici o ventiquattro fibre.
I sistemi MPO a 12 fibre sono stati impiegati da anni. Supportano applicazioni duplex e parallele con flessibilità ed una portata consona per la maggior parte delle applicazioni del data center. Il vantaggio dell’uniformità operativa potrebbe permettere un continuo utilizzo di questo connettore anche per applicazioni future, andando certamente ad aumentare la larghezza di banda da OM3 a OM4 ed infine OM5.
I sistemi con MPO a 24 fibre, nel frattempo, aumentano la capacità e la densità delle reti fisiche. Questi supportano applicazioni duplex e parallele ed offrono consti inferiori per fibra rispetto ai sistemi a 8 e 12 fibre. Di conseguenza, questo è il sistema consigliato per reti ad alta densità o con applicazioni principalmente duplex.
I sistemi con MPO a 8 fibre permettono di supportare applicazioni QSFP a quattro corsie utilizzate prevalentemente nelle configurazioni 4x10G o 2x25G. Diventano però poco funzionali nel momento in cui li si vogliono adottare in applicazioni che prevedono una modularità di 12 o 24 fibre.
Anche se è importante capire la vasta gamma di tecniche, tecnologie, opzioni e soluzioni emergenti, queste devono essere viste e ragionate all’interno di un contesto “data center” ben specifico che deve incontrare quelli che sono gli obiettivi di ogni singola azienda e di come questa sia in grado evolvere ed essere in grado di supportare le nuove sfide tecnologiche.