Giorgio's Dumpster

In questo periodo sto facendo test senza scopo tirando in mezzo cavi seriali, paralleli, ethernet e fibre, tecnologie vecchie di 30 anni, e ne sto misurando latenze e velocità. Credo pubblicherò un report completo a breve, ma qualche appunto preso “on the road” lo trovate già QUI.

Oggi parlando con un amico mi è venuto in mente un paragone, tecnicamente non proprio completo e rigoroso*, ma veramente utile per capire, con una tecnica che definirei “da fruttivendolo”, il progresso e gli enormi vantaggi portati dalle fibre ottiche.

Un cavo in fibra ottica può portare 160 lunghezze d’onda. Ognuna di queste lunghezze d’onda porta un segnale da 10 Gbps. Ci sono quindi 1600 Gbps disponibili**. Un cavo seriale porta, in totale, al massimo 115200 bps. Quindi:

Velocità max fibra ottica = MaxFC = 1600 Gbps = 1 600 000 Mbps

Velocità max cavo seriale = MaxSC = 115200 bps = 0.1152 Mbps

Calcoliamo quindi quanti cavi seriali ci servono per raggiungere la velocità di una fibra ottica:

Numero cavi seriali = NSC = MaxFC / MaxSC = 1 600 000 Mbps / 0.1152 Mbps = 13 888 889

Adesso arriva la perla: un metro di cavo seriale pesa 50 grammi. Un metro di fibra ottica ne pesa meno di 2:

Peso fibra ottica = PFC = 2 g

Peso cavo seriale = PSC = 50 g

Per finire dobbiamo quindi calcolare quanti Kg di cavi seriali ci servono per raggiungere la velocità di un singolo cavo in fibra, dal peso di 2 grammi (0.002 Kg):

PtotSC = NSC x PSC = 13 888 889 x 50 g = 694 444 450 g = 694 444 , 450 Kg

Concludendo: per sostituire un cavo in fibra ottica (dal peso, come già detto, di due soli grammi) utilizzato per connettere due punti ad una velocità di 1600 Gbps ed alla distanza di un metro, ci servirebbero 14 milioni di cavi seriali, che avrebbero un peso totale di circa 700 tonnellate. Per UN SOLO metro di distanza. Vi lascio solo immaginare cosa vorrebbe dire sostituire anche solo le fibre transatlantiche.

C’è un’altro dato interessante: la fibra ottica ha una latenza di 5 microsecondi al Km, mentre un cavo seriale ha una latenza di 5 millisecondi al metro.

Latenza fibra ottica = LFC = 5 microsec / Km = 0.005 ms / Km

Latenza cavo seriale = LSC = 5 ms / m = 5000 ms / Km

Immaginiamo di dover collegare Amsterdam a New York e consideriamo una distanza in linea retta tra le due città di circa 6000 Km (inutile dire che chiaramente quella reale percorsa dai cavi sarebbe maggiore). Calcoliamo quindi la latenza, ovvero il tempo impiegato per percorrere questa distanza sui due tipi di cavi:

Distanza = D = 6000 Km

Tempo di percorrenza fibra ottica = TFC = LFC x D = (0.005 ms / Km) * 6000 Km = 30  ms

Tempo di percorrenza cavo seriale = TSC = LSC x D = (5000 ms / Km) * 6000 Km = 30 000 000 ms = 30 000 secondi = 500 minuti = 8 ore e 30 minuti

Questo, in linea teorica. Perchè per percorrere distanze così enormi il segnale deve essere rigenerato, e questo introduce tremendi ritardi nella trasmissione. Ricordo che per percorrere questi 6000 Km il segnale sul cavo in fibra (che percorre 50 Km senza rigenerazione) dovrebbe essere rigenerato (amplificato) 120 volte, mentre quello seriale dovrebbe essere rigenerato ogni 8 metri, ovvero 750 000 volte.

Numero rigenerazioni fibra ottica = NrFC = 120

Numero rigenerazioni cavo seriale = NrSC = 750 000

Qui azzardo una serie di conti, di cui non garantisco l’accuratezza teorica. Quello che è certo, è che comunque i numeri che otterrò saranno inferiori a quelli reali:

Il tempo reale di percorrenza in fibra ottica della linea Amsterdam – New York è di circa 80 ms. Quello teorico calcolato in linea retta è di 30 ms, quindi sembra ragionevole calcolare 40 ms teorici sulla tratta realmente percorsa. Significa che abbiamo circa 40 ms (sottraggo i 40 di tempo teorico agli 80 di tempo reale misurato) di tempo perso nelle 120 rigenerazioni. Questo vuol dire che una rigenerazione del segnale in fibra ottica ritarda il tutto di 0.34 ms.

Tempo reale percorrenza fibra ottica = TpFC = 80 ms

Tempo totale rigenerazione fibra ottica = TtotrFC = 40 ms

Tempo rigenerazione fibra ottica = TrFC = 0.34 ms

Con questi dati, calcolo il tempo impiegato da una rigenerazione del segnale per un cavo seriale. Uso la relazione LFC : TrFC = LSC : TrSC, quindi:

Tempo rigenerazione cavo seriale = TrSC = (LSC x TrFC) / LFC = (5000 ms / Km x 0.34 ms) / (0.005 ms / Km) = 340 000 ms

Come già detto, per percorrere questa distanza, il segnale di un cavo seriale deve essere rigenerato 750 000 volte, quindi calcoliamo il tempo totale di rigenerazione:

Tempo totale rigenerazione cavo seriale = TtotrSC = TrSC * NrSC = 340 000 ms * 750 000 = 225 000 000 000 ms

Per concludere devo calcolare il tempo totale impiegato per la percorrenza di questa tratta tramite cavo seriale:

Tempo reale percorrenza cavo seriale = TpSC = TtotrSC + TSC = 255 000 000 000 ms + 30 000 000 ms = 255 030 000 000 ms = 255 030 000 secondi = 4 250 500 minuti = 70 842 ore = 2951 giorni = 8 anni.

In fibra ottica, andiamo da Amsterdam a New York in 80 millisecondi. Con un cavo seriale, impiegheremmo 8 anni. Probabilmente sarebbe molto più conveniente inviare una lettera invece che una mail.

Giorgio

* RS 232 non è stato concepito per comunicazioni a lunga distanza: era usato per collegare i modem o i nodi di un cluster, comunque entro pochi metri. La sua portata è intorno agli 8 metri, questo vuol dire che ogni 8 metri serve un rigeneratore di segnale. Le fibre vanno invece per 50 Km o più senza essere toccate. Per finire, ad oggi non esiste modo di connettere due singoli punti utilizzando tutta la banda disponibile su un cavo in fibra ottica. Allo stesso modo non esiste un modo per connettere due host con 14 milioni di cavi seriali.

** Metto lì un dato senza approfondirlo ulteriormente: abbiamo una velocità di 1600 Gbps per singolo cavo. Le linee transoceaniche sono però composte di fasci di 864 cavi, e di solito sono stese a coppie.