WP_10G Assurance_B

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Les cycles de vie des systèmes de câblage et les
lois régissant les réseaux de communication
En raison des progrès réalisés ces dernières années dans le domaine des équipements actifs, la durée
de vie des systèmes de câblage est passée de 10-15 ans à 5-7 ans. Les clients qui préfèrent installer
des technologies « anciennes », comme le câblage de Cat. 5 ou 5e, restreignent de fait le cycle de vie
de leurs investissements. Préférez-vous rentabiliser votre investissement en payant davantage aujourd’hui
pour un système de Cat. 6 ou plus, ou limiter vos dépenses et risquer de devoir investir demain dans
une nouvelle installation ?
Un système de câblage structuré, conforme aux normes de l’industrie, doit pouvoir supporter les
applications réseau des 10-15 années à venir, soit 2 à 5 générations d’équipements actifs. Ces
dernières années, les budgets informatiques ont été considérablement réduits, ce qui a forcé les
responsables informatiques à restreindre leurs investissements liés aux infrastructures et à faire un choix
entre investissement immédiat et investissement différé. L’investissement différé consiste à acheter un
système de câblage à cycles de vie réduits, lequel présente souvent des coûts d’exploitation accrus, liés
notamment aux réparations des liens défectueux, aux opérations de maintenance plus nombreuses, aux
efforts de gestion plus lourds et aux investissements dans des actifs coûteux pour compenser les faibles
performances du câblage.
Le développement des technologies informatiques et des réseaux obéit à plusieurs théorèmes. Le
premier est la loi de Moore, qui établit que la puissance de calcul des ordinateurs, soit le nombre de
transistors sur un processeur silicium, double tous les 18 mois. Autrement dit, la vitesse de calcul est
multipliée par deux tous les 18 mois. Gordon Moore, fondateur d’Intel®, a fait cette observation bien
connue en 1965, quatre ans après l’invention du circuit intégré. Le schéma ci-dessous (figure 1),
reproduit avec l’autorisation d'Intel, donne un aperçu de l’évolution de la vitesse de calcul. Cette
progression s’impose, en partie pour compenser la loi de Gates (Bill Gates, l’un des fondateurs de
Microsoft®) qui établit que la vitesse d’exécution des applications est divisée par deux tous les 18 mois.
Pour soutenir la vitesse d’exécution, le processeur doit évoluer au même rythme que les fonctions des
applications de plus en plus interopérables, tout en conservant la même vitesse relative que celle des
versions précédentes.
4004
8008
8080
8086
286
386™ processor
486™ DX processor
Pentium® processor
Pentium II processor
Pentium III processor
Pentium 4 processor
Loi de Moore
Figure 1 : Évolution des processeurs jusqu’en 2000
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Year
Transistors
1971
1972
1974
1978
1982
1985
1989
1993
1997
1999
2000
2,250
2,500
5,000
29,000
120,000
275,000
1,180,000
3,100,000
7,500,000
24,000,000
42,000,000
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Cette loi vaut autant pour les processeurs des ordinateurs que pour tous les autres circuits intégrés, tels
que ceux utilisés pour les réseaux dans le but d’accroître la puissance de traitement des PC et
d’augmenter le débit des commutateurs et autres équipements actifs des réseaux. L’industrie du semiconducteur est entièrement fondée sur un fait : plus le chemin est court, plus la vitesse est élevée. Plus
une puce intègre de composants, plus son potentiel est important. Les cartes Ethernet, qui pouvaient
autrefois comporter jusqu’à 10 puces, se présentent désormais sous la forme d’un seul circuit intégré.
Robert Metcalf, fondateur de 3Com et co-fondateur d’Ethernet, est également à l’origine d’un théorème
largement reconnu. La loi de Metcalf stipule que la « valeur » ou la « puissance » d'un réseau
augmente proportionnellement au carré du nombre de nœuds qui le composent. Autrement dit, si un
réseau, de type réseau intranet d’entreprise, comporte quatre noeuds, ou terminaux, sa « valeur » est
de 16. Si vous y ajoutez un nouveau nœud, ou PC, sa valeur passe à 25. Dans les faits, selon le BLS
(Bureau of Labor Statistics), le nombre d'ordinateurs reliés à Internet était d'environ 2,5 millions en
1993. En 1997, il s’élevait à 25 millions. En 2002, on a estimé à 605,6 millions le nombre
d’internautes dans le monde. Chaque nouveau noeud, chaque nouveau serveur, chaque nouvel
utilisateur accroît le champ des perspectives pour tous ceux déjà connectés. À l’inverse, la panne d’un
serveur entraîne des conséquences sans commune mesure avec son prix d’achat, à l’échelle de toutes
les personnes et entreprises qui l’utilisent. Il en va de même pour le câblage.
L’évolution de la bande passante
La loi de Parkinson sur les données entre également en jeu. Cyril Northcote Parkinson a établi que les
volumes de données augmenteraient toujours jusqu’à remplir l’espace de stockage disponible. Or la loi
de Moore nous permet de savoir que l’espace de stockage et la capacité de traitement des données
stockées doublent tous les 18 mois. Les experts de l’industrie prévoient donc que, d’ici à la fin du 21e
siècle, chaque personne sur terre disposera d'un téraoctet de données stockées. Parkinson est
également connu pour sa loi sur l’absorption de la bande passante : « Le trafic réseau augmente
jusqu’à occuper la largeur de bande passante disponible ».
Les besoins en bande passante augmentent en fonction du nombre de connexions et de la puissance
nécessaire au fonctionnement des applications réseau. Pour garantir durablement la qualité de service
requise, il faut impérativement prendre en compte l’évolutivité de l’infrastructure en termes de capacité
et de vitesse. Les réseaux ne se limitent plus à des services de fichiers et d’impression. Le protocole IP
permet aujourd’hui d’accéder à des services voix, vidéo et téléphonie. Il est désormais possible de
commander du matériel de stockage, des chaînes automatisées, la reprise sur panne de routeurs et
commutateurs, et pléthore d’autres services, au format natif ou encapsulés dans la structure des trames.
La bande passante, auparavant réservée aux requêtes des utilisateurs, est désormais divisée en
plusieurs segments dans le but d’offrir de nouveaux services. L’utilisateur final perd alors en largeur de
bande. Selon le nombre d’utilisateurs, le débit réel de la plupart des réseaux varie entre le tiers et la
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moitié de la vitesse de connexion nominale du port. Par exemple, un port de 100 Mbit/s transmettra
en réalité les données entre 30 à 50 Mbit/s. Si le lien de câblage est défectueux ou que le système
connaît des problèmes matériels entraînant de fréquentes retransmissions, le débit diminuera encore
considérablement.
Figure 2 : Augmentation des débits de transmission des applications
10GBASE-T en projet
Taux de transmission (Mbit/s)
Fibre 10G
Année
La figure 2 ci-dessous montre l’évolution des débits de transmission de données au cours des dernières
années. La bande passante disponible étant en augmentation, le gigabit ne suffira bientôt plus pour les
technologies récentes, comme la vidéo, la convergence voix-données, les systèmes de sécurité et
d’automatisation, les besoins des data center et des rocades d’entreprise.
La norme 802.3ae 10 Gbit/s sur fibres optiques a été finalisée en juin 2002, et la norme 40 Gbit/s
est déjà en cours de développement. L’IEEE a autorisé le lancement d’un projet visant à normaliser le
10GBASE-T sur un lien cuivre à paires torsadées d’une longueur de 100 mètres et équipé de 4
connecteurs. La première version de cette norme est prévue pour juin 2004 et sa version finale
(802.3an) devrait voir le jour en juin 2006. Il existe déjà un modèle cuivre de 10 Gbit/s spécialement
conçu pour les data center : la norme 802.3ak 10GBASE-CX4 régit les transmissions à 10 Gbit/s sur
un lien twinax (blindé) jusqu’à 15 mètres. Il est intéressant de remarquer que cette distance a pu être
quasiment doublée grâce à l’utilisation d’un lien TERA™ en utilisant les mêmes composants
électroniques, bien plus économique que le coûteux support de transmission twinax (infiniband). Deux
connecteurs Siemon TERA de Catégorie 7/classe F s’adaptent aux kits MSA (multisource agreement)
XPAK et X2, simplifiant la mise à niveau des modules Ethernet 10G remplaçables à chaud. Les contrats
MSA définissent les performances, les interfaces, les dimensions et les conditions d’exploitation, afin
d’obtenir des solutions 10G économiques sur des distances étendues. Alors que la norme CX4 sur les
data center spécifie des distances plus courtes, le câblage de Catégorie 7/classe F est capable de
supporter l’Ethernet 10G d’un bout à l’autre d’un lien de 100 mètres équipé de 4 connecteurs.
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Les principes physiques de la transmission
La capacité de transmission du système de câblage a une incidence directe sur la disponibilité du
réseau, la productivité et les cycles de vie des systèmes. Pour exploiter au mieux votre équipement actif,
vous devrez prendre en compte les caractéristiques de transmission du système de câblage. À l’instar
des éditeurs de logiciels qui précisent aussi bien la configuration minimale requise que la configuration
recommandée, les constructeurs d’équipements ont tendance à spécifier une configuration de câblage
minimale et à en recommander une autre pour bénéficier de meilleures performances. Ce sont les
principes physiques de transmission qui justifient la configuration recommandée.
Les besoins en bande passante augmentent à mesure que les vitesses de traitement augmentent, et la
transmission de signal nécessite donc une plus grande plage de fréquences. Claude E. Shannon, auteur
de l’ouvrage « Théorie mathématique de la communication », a défini la capacité Shannon, aussi
connue sous le nom de loi de Shannon, qui démontre les capacités limitées d’une liaison au regard du
rapport signal/bruit d’un lien de transmission, exprimées en bits par seconde. En d’autres termes, la
quantité d’informations supportée par une ligne de transmission diminue au fur et à mesure que le bruit
sur le lien augmente et que la puissance du signal diminue. Il existe de nombreux types de bruits, allant
de ceux générés au sein même du lien de transmission à ceux générés par des sources externes.
Les systèmes de Catégorie 6/classe E offrent deux fois plus de bande passante en termes d'atténuation
cumulée du rapport de diaphonie (PSACR), indication représentative du niveau d’immunité du lien vis-àvis de la diaphonie généré en interne. Le rapport signal/bruit d’un canal de transmission peut encore
être amélioré au moyen d’un système de blindage des câbles, destiné à protéger les porteurs de
signaux des sources de bruit externes. L’expression « bruit externe » évoque en général des
environnements très bruyants, tels que des usines ou des équipements de radiologie. Toutefois, au fur et
à mesure que les vitesses de transmission augmentent et que les signaux atteignent des fréquences plus
élevées, de nouvelles sources de bruit apparaissent. Jusqu’à présent, la plupart des types de bruits
externes intervenant dans les environnements de « câblage commercial » étaient considérés comme
insignifiants ou bénins. L’une de ces sources de bruit externes, appelée Alien Next (ANEXT), est due au
couplage des signaux avec ceux des liens de câblage adjacents. Bien que l’amplitude de l’Alien Next
soit en général moindre que celle de la simple diaphonie (NEXT) au sein du câble, ses effets sur le lien
sont plus importants car les effets ANEXT sont plus difficiles à éliminer avec les techniques de traitement
numérique du signal disponibles.
Les systèmes de câblage de Catégorie 6, à base de paires torsadées blindées (S/FTP ou F/UTP), sont
enrobés d’un film protecteur qui, d’une part, immunise le système contre les sources de bruits externes,
notamment contre l’Alien Next, mais réduit également les interférences entre les signaux internes et
externes.
Les systèmes de Catégorie 7/classe F offrent un niveau de performance encore supérieur. L’ISO/IEC a
approuvé l’édition 2 de la norme 11801 qui vient compléter les IEC 61076-3-104 et IEC 60603-7-7.
Les systèmes de Catégorie 7/classe F, et notamment TERA™ de Siemon, composent ainsi une solution
complète, répondant à des spécifications officielles. La Catégorie 7/classe F utilise des câbles PiMF
(Pairs in Metal Foil), parfois appelés S/FTP, dans lesquels chaque paire individuelle est recouverte d’un
film métallique de blindage, les quatre paires étant elles-mêmes revêtues d’une tresse de blindage. Les
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paires blindées séparément éliminent quasiment toute diaphonie entre les paires d’un même câble et,
avec la tresse de blindage, elles offrent une protection contre le bruit généralement meilleure que celle
du câblage F/UTP mentionné précédemment.
Il est prévu que la norme 10GBASE-T utilise des canaux de Catégorie 6/classe E pour prendre en
charge des longueurs de canaux comprises entre 55 et 100 mètres. L’augmentation du taux de
transmission des données est lié directement à la capacité du lien de câblage et des composants
électroniques à annuler les bruits internes, notamment ceux engendrés par la diaphonie et la perte de
réflexion. La paradiaphonie étrangère ne pouvant être annulée au moyen de la même technologie de
traitement numérique du signal, la longueur du lien sera tributaire de la capacité du système à limiter
l’Alien Crosstalk. L’Alien Crosstalk étant négligeable dans le cas de systèmes à paires torsadées
protégés et blindés, certains systèmes blindés de Catégorie 6/classe E optimisés et de Catégorie
7/classe F actuellement disponibles sur le marché supportent parfaitement des taux de transmission de
10 Gbit/s sur un lien de 100 mètres équipé de 4 connecteurs.
Capacité Shannon
Largeur de bande en Gbit/s
60
50
Classe F
40
Classe F 49.36 Gbit/s
à 1000MHz
30
ScTP de Cat 6, 28,8 Gbit/s
à 800MHz
20
UTP de Cat 6, 9,39 Gbit/s
à 800MHz
10
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900 1000
MHz
Figure 3 : Capacité des liens UTP de classe E, ScTP de classe E et classe F
Comme le montre la figure 3, plus l’annulation du bruit est importante, meilleure est la transmission de
données.
Les problèmes liés à la transmission de photons étant bien spécifiques, les fibres optiques ne sont pas
affectées par les types de bruits auxquels le câblage cuivre est soumis. Mais les fibres optiques
possèdent d’autres propriétés qui peuvent améliorer ou limiter leur performance. Si la perte par
insertion et le bruit sont les principaux problèmes liés aux transmissions cuivre, la perte de lumière et la
conversion des différents modes de transmission en un signal cohérent pour le récepteur constituent les
principales difficultés que posent les fibres optiques. La fibre est sans doute le moyen idéal pour
transmettre des données à haut débit sur de longues distances, mais ces performances ne s’obtiennent
qu’au prix de coûteux émetteurs-récepteurs. Néanmoins, de par ses propriétés et sa connectivité, la
fibre optique reste pour le moment le support des communications réseau haut débit le plus durable.
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S’élever au dessus des normes
Les normes de l’industrie ne sont pas établies du jour au
lendemain. De nombreuses entreprises apportent leur
contribution pour que les systèmes de câblage homologués
offrent des performances à la hauteur des exigences
minimales spécifiées, sinon meilleures. Les différents
organismes de normalisation communiquent pour garantir
interopérabilité et fonctionnalité. En phase de
développement de ses normes, l’IEEE utilise des groupes de
câblage ad hoc, les rapports de fabricants de systèmes de
câblage et échange des informations avec la TIA et l’ISO.
Siemon apporte sa contribution à ces organismes de
normalisation et alloue une partie non négligeable de ses
ressources R&D, ingénieurs et techniciens de laboratoires
au développement des normes. Notre contribution au
développement de normes universelles est la garantie pour
nos utilisateurs que nos systèmes répondent aux exigences
minimales des normes et, surtout, qu’ils devancent les
besoins des futures applications.
En suivant quelques démarches simples, les clients pourront
comparer plus facilement les différentes offres du marché et
prendre ainsi moins de risques au moment de choisir leur
système de câblage. Recherchez des systèmes présentant
une avance confortable sur les exigences des dernières
normes. Non seulement ces systèmes seront
particulièrement performants, mais ils auront plus de
chances d’être conformes aux nouveaux paramètres dans
l’éventualité où les normes changeraient. Ces systèmes
bénéficient parfois d’une garantie étendue comprenant le
support des applications existantes et futures. Les clients
ont ainsi la certitude qu’ils n’auront aucun mal à
rentabiliser leur investissement, pourtant plus onéreux au
départ.
Comme indiqué précédemment, l’IEEE a identifié les
paramètres d’optimisation de performance dont les
systèmes de Catégorie 6/Classe E ont besoin pour assurer
des transmissions à 10 Gbit/s. Pour supporter ces
paramètres d’optimisation de performance, les systèmes
devront être capables de fournir 625 MHz de bande
passante utile. La solution 10G ip™ de Siemon est la
première de l’industrie à garantir des performances à 625
MHz et les applications à 10Gbit/s, sur cuivre et sur fibres
optiques. Siemon propose un ensemble de solutions 10G
le plus performant et le plus complet au monde avec des
options de fibres monomodes, multimodes, non blindées,
protégées et à paires torsadées blindées.
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Blindé ou non blindé ?
La plupart des connexions des
premiers réseaux étaient blindées.
Lorsque les opérateurs de
télécommunication sont entrés sur le
marché des câblages réseaux, les
réseaux ont été équipés de
convertisseurs balun
(balance/unbalanced ) afin de
permettre la libre circulation de
signaux équilibrés sur des systèmes
non blindés (non équilibrés). Plus tard,
des composants électroniques ont été
mis au point pour éviter d’avoir à
passer par des convertisseurs balun.
Le blindage est de plus en plus utilisé
dans les environnements bruyants et
gourmands en bande passante. C’est
notamment le cas des réseaux
industriels, souvent soumis à
d’importantes sources de bruit,
comme les moteurs et les servos
monophasés, les transformateurs et
autres équipements très puissants. Les
systèmes blindés offrent également
une solution plus robuste pour le
10GBASE-T car le blindage réduit
considérablement les interférences
provoquées par les émissions de bruit
externes, telles que l’Alien Crosstalk,
facteur qui concerne surtout les
transmissions à hauts débits et hautes
fréquences.
Les systèmes blindés ont beaucoup
évolué depuis leurs débuts. Le câble
est bien plus petit, plus facile à
manipuler et les connecteurs réalisent
eux-mêmes la reprise de mase. Grâce
à ces progrès, l'installation ne prend
désormais pas plus de temps que
celle d'un système UTP lorsqu'elle est
réalisée par un technicien formé et
certifié. Pour en savoir plus sur les
raccordements de systèmes blindés,
rendez-vous sur
www.siemon.com/us/installation_instructions.
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Premier sur le marché
Dès novembre 1998, Siemon était le premier à mettre sur le marché une gamme complète de matériel
de connexion de Catégorie 6. Comme nous participons activement à l'établissement des normes, nous
connaissions les limites de performances de la Catégorie 6, alors en projet, et nous savions que nos
produits dépassaient déjà ces limites. Alors que nos concurrents s’unissaient pour faire baisser les
exigences normatives, Siemon garantissait la conformité de son système à la norme finale, une fois
ratifiée. Nous nous trouvons aujourd’hui dans la même situation avec le 10GBASE-T.
Dès 1999, Siemon développait la première interface commerciale non RJ, pour le câblage de
Catégorie 7, approuvée par l’ISO. Entièrement blindé, le connecteur TERA™ de Siemon est aussi peu
encombrant qu’un RJ45. Le connecteur TERA peut fournir jusqu’à 1,2 GHz de bande passante par
paire, soit le double de la norme de Catégorie 7. Ce connecteur innovant permet de diviser un câble à
4 paires en de multiples configurations et applications, via des cordons à 1, 2 ou 4 paires, qui
permettent une meilleure configuration à moindre coût. Un seul câble suffit par exemple pour faire
fonctionner une station de travail 10/100 et un téléphonesimultanément, une paire restant libre pour la
vidéo. Pour ce qui est de la VoIP, un seul câble suffit pour faire fonctionner une station de travail
10/100, les autres paires étant disponibles pour l’alimentation et l’approvisionnement de services de
données jusqu’au téléphone. D’une capacité cinq fois supérieure à celle d’un système Catégorie
6/classe D tout juste conforme, TERA est le système cuivre le plus polyvalent et le plus robuste
actuellement sur le marché.
Certaines estimations évaluent à au moins 18 Gbit/s la capacité Shannon nécessaire au
fonctionnement d’un futur système 10GBASE-T. Cette valeur théorique a été calculée en partie sur la
base de technologies éprouvées, comme celles implémentées par des applications comme le
1000BASE-T. Le principal problème lié aux systèmes UTP réside dans la suppression du bruit généré
par la paradiaphonie étrangère. Selon le groupe d’étude IEEE 802.3an™ 10GBASE-T, ce problème
technique est à l'origine de la limitation de la longueur de canal à 55-100 m dans les systèmes UTP de
Catégorie 6/classe E, conformes aux normes. Capables de limiter très fortement les problèmes liés au
bruit d’Alien Crosstalk, les solutions blindées 10G 6™ et TERA de Siemon permettent d’obtenir cette
capacité sur des liens de 100 m à 4 connecteurs.
De récentes études du groupe 10GBASE-T ont permis de démontrer qu’il était possible d’obtenir des
débits 10GBASE-T pour une capacité Shannon inférieure à 18 Gbit/s. Un fois que l’enveloppe
technique pourra passer par un ensemble de codes de canaux plus complexes (tels que le contrôle de
parité de basse densité LDPC) et par des composants de câblage UTP plus performants, les applications
10 Gbit/s pourront fonctionner sur un canal de 100 m. Devançant ces exigences, l’UTP 10G 6 de
Siemon propose une capacité de canal incomparable, qui pourra tirer profit des progrès à venir en
matière de composants électroniques 10 Gbit/s, tout en supportant les longueurs et les topologies
basées sur les normes actuelles.
Conclusion
D’après Moore, Metcalf et Parkinson, la puissance de calcul, la capacité de stockage et la bande
passante continueront d’augmenter de façon exponentielle. Autant dire que les serveurs actuels
deviendront les ordinateurs de bureau de demain. Il est peut-être difficile d’imaginer que l’Ethernet 10
Gigabit arrivera bientôt sur les ordinateurs de bureau, mais qui aurait dit il y a cinq ans que ce serait
le cas du gigabit Ethernet ?
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La technologie des réseaux continuera d’évoluer. Le système de câblage représente moins de 5 % du
montant total de vos investissements réseau. C’est pourtant le câblage qui supporte tous vos
investissements réseau. Installez dès aujourd’hui le meilleur système de câblage du marché pour
protéger votre investissement et optimiser le cycle de vie de votre système. La solution 10G ip™ de
Siemon offre les meilleures performances et propose toute une gamme de systèmes de câblage
compatibles 10G – 10G 6™ UTP et ScTP, fibres optiques TERA™ et XGLO™ de Catégorie 7. Cela fait
plus de 100 ans que Siemon est spécialisé dans la fabrication et le développement de systèmes de
câblage très performants et de grande qualité. A quelle autre entreprise pourriez-vous confier votre
système de câblage, l’élément sur lequel repose la réussite votre entreprise ?
TERA™
XGLO™
© 2004 The Siemon Company
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10G 6™
Siemon — EMEA HQ & UK
United Kingdom
Tel: +44 (0) 1483 480040
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Siemon — France
Paris
Tel: +33 1 46 46 11 85
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Siemon — Deutschland
Frankfurt
Tel: +49 (0) 69 97168 184
Siemon — Italia
Milano
Tel: +39 (02) 64 672 209