Normes de réseau informatique Ethernet 10 Gigabit

La norme de réseau informatique 10 Gigabit Ethernet (10GE ou 10GbE ou 10 GigE) a été publiée pour la première fois en 2002. Elle définit une version d'Ethernet avec un débit nominal de 10 Gbit/s (milliards de bits par seconde), soit dix fois plus rapide que le Gigabit Ethernet. Contrairement aux normes Ethernet précédentes, le 10GbE ne définit que des liaisons point à point en duplex intégral, généralement connectées par des commutateurs réseau. Le fonctionnement en semi-duplex, les concentrateurs et le CSMA/CD (accès multiple avec détection de porteuse et détection de collision) sont absents du 10GbE.

La norme 10GbE englobe plusieurs normes de couche physique (PHY). Un périphérique réseau peut prendre en charge différents types de PHY grâce à des modules PHY enfichables, tels que ceux basés sur SFP+. Au fil du temps, les forces du marché détermineront les types de PHY 10GbE les plus populaires.

Lors du développement de la norme 10 GbE, l'intérêt pour le 10 GbE en tant que transport sur réseau étendu (WAN) a conduit à l'introduction d'une couche physique (PHY) WAN pour le 10 GbE. Celle-ci fonctionne à un débit légèrement inférieur à celui de la couche physique (PHY) du réseau local (LAN) et ajoute une encapsulation supplémentaire. Les deux partagent les mêmes sous-couches physiques dépendantes du support et peuvent donc utiliser les mêmes optiques.

Normes de fibre optique 10GbE

Au fil des ans, le groupe de travail 802.3 de l'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) a publié plusieurs normes relatives au 10GbE. Parmi celles-ci, on peut citer : 802.3ae-2002 (PMD fibre -SR, -LR, -ER et -LX4), 802.3ak-2004 (câble cuivre twin-ax InfiniBand -CX4), 802.3an-2006 (paire torsadée cuivre 10GBASE-T), 802.3ap-2007 (PMD cuivre fond de panier -KR et -KX4) et 802.3aq-2006 (PMD fibre -LRM avec égalisation améliorée). Les amendements 802.3ae-2002 et 802.3ak-2004 ont été regroupés dans la norme IEEE 802.3-2005. La norme IEEE 802.3-2005 et les autres amendements ont été regroupés dans la norme IEEE 802.3-2008.

10GBASE-SR

Le 10GBASE-SR (courte portée) est un type de port pour fibre multimode (MMF) utilisant des lasers 850 nm. Sa sous-couche de codage physique (PCS) 64b/66b est définie dans la clause 49 de la norme IEEE 802.3 et sa sous-couche dépendante du support physique (PMD) dans la clause 52. Il délivre des données sérialisées à un débit de ligne de 10,3125 Gbit/s.

Par rapport au câblage MMF 62,5 microns de qualité FDDI obsolète, sa portée maximale est de 26 mètres, celle de l'OM1 62,5 microns est de 33 mètres, celle de l'OM2 50 microns est de 82 mètres, celle de l'OM3 est de 300 mètres et celle de l'OM4 est de 400 mètres. Les câbles OM3 et OM4 sont les choix privilégiés pour le câblage optique structuré dans les bâtiments. La fibre MMF présente l'avantage, par rapport à la fibre monomode (SMF), d'avoir des connecteurs moins coûteux grâce à son cœur plus large.

L'émetteur 10GBASE-SR est équipé d'un laser à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL), à faible coût et faible consommation. Les câbles optiques OM3 et OM4 sont parfois qualifiés d'optimisés pour le laser, car ils ont été conçus pour fonctionner avec les VCSEL. 10GBASE-SR offre les modules optiques les plus économiques, les plus économes en énergie et les plus compacts.

En 2011, le 10GBASE-SR devrait représenter un quart du total des ports d'adaptateur 10GbE livrés. Il existe une variante non standard, moins coûteuse et moins gourmande en énergie, parfois appelée 10GBASE-SRL (10GBASE-SR Lite). Cette variante est interopérable avec le 10GBASE-SR, mais sa portée n'est que de 100 mètres.

10GBASE-LR

Le 10GBASE-LR (Long Reach) est un type de port pour SMF et utilise des lasers 1310 nm. Son PCS 64b/66b est défini dans la clause 49 de la norme IEEE 802.3 et son PMD dans la clause 52. Il délivre des données sérialisées à un débit de 10,3125 Gbit/s.

La portée spécifiée du 10GBASE-LR est de 10 kilomètres (6,2 miles), mais les modules optiques 10GBASE-LR peuvent souvent gérer des distances allant jusqu'à 25 kilomètres (16 miles) sans perte de données.

L'émetteur 10GBASE-LR est implémenté avec un laser Fabry-Pérot ou à rétroaction distribuée (DFB). Les lasers DFB sont plus coûteux que les VCSEL, mais leur puissance élevée et leur longueur d'onde plus longue permettent un couplage efficace dans le petit cœur d'une fibre monomode sur de plus grandes distances.

10GBASE-LRM

Le 10GBASE-LRM (Long Reach Multimode), initialement spécifié dans la norme IEEE 802.3aq, est un type de port pour MMF et utilise des lasers à 1310 nm. Son PCS 64b/66b est défini dans la clause 49 de la norme IEEE 802.3 et son PMD dans la clause 68. Il délivre des données sérialisées à un débit de 10,3125 Gbit/s.

La norme 10GBASE-LRM prend en charge des distances allant jusqu'à 220 mètres (720 pieds) sur les fibres MMF de qualité FDDI et la même portée maximale de 220 m sur les fibres OM1, OM2 et OM3. La portée de la norme 10GBASE-LRM est inférieure à celle de l'ancienne norme 10GBASE-LX4. Pour garantir le respect des spécifications sur les fibres de qualité FDDI, OM1 et OM2, l'émetteur doit être couplé via un cordon de raccordement de conditionnement de mode. Aucun cordon de raccordement de conditionnement de mode n'est requis pour les applications sur OM3 ou OM4. Certains émetteurs-récepteurs 10GBASE-LRM prennent également en charge des distances allant jusqu'à 300 mètres (980 pieds) sur la norme SMF (G.652), mais cela ne fait pas partie des spécifications IEEE ou MSA. La norme 10GBASE-LRM utilise la compensation électronique de dispersion (EDC) pour l'égalisation de la réception.

10GBASE-ER

Le 10GBASE-ER (Extended Reach) est un type de port pour SMF et utilise des lasers 1550 nm. Son PCS 64b/66b est défini dans la clause 49 de la norme IEEE 802.3 et son PMD dans la clause 52. Il délivre des données sérialisées à un débit de ligne de 10,3125 Gbit/s. L'émetteur 10GBASE-ER est implémenté avec un laser à modulation externe (EML). Le 10GBASE-ER a une portée de 40 kilomètres (25 miles) sur des liaisons techniques et de 30 km sur des liaisons standard.

10GBASE-ZR

Plusieurs fabricants ont lancé des interfaces enfichables ER d'une portée de 80 km (50 mi) sous le nom 10GBASE-ZR. Cette PHY de 80 km n'est pas spécifiée dans la norme IEEE 802.3ae et les fabricants ont créé leurs propres spécifications basées sur la PHY de 80 km décrite dans les spécifications SDH/SONET OC-192/STM-64. La norme 802.3 ne sera pas modifiée pour couvrir la PHY ZR.

10GBASE-LX4

Le 10GBASE-LX4 est un type de port pour MMF et SMF. Il utilise quatre sources laser distinctes fonctionnant à 3,125 Gbit/s et un WDM grossier avec quatre longueurs d'onde uniques autour de 1310 nm. Son PCS 8B/10B est défini dans la clause 48 de la norme IEEE 802.3 et son PMD dans la clause 53.

La norme 10GBASE-LX4 prend en charge une portée de 300 mètres (980 pieds) sur un câblage multimode de qualité FDDI, OM1, OM2 et OM3 (tous ces types de fibres sont spécifiés pour avoir une bande passante modale minimale de 500 MHz*km à 1300 nm). La norme 10GBASE-LX4 prend également en charge une portée de 10 kilomètres (6,2 miles) sur SMF.

Pour les liaisons MMF, la sortie WDM doit être couplée via un cordon de raccordement de conditionnement en mode de lancement décalé SMF. Ceci est expliqué dans les paragraphes 53.6 et 38.11.4 de la spécification IEEE 802.3.

Jusqu'en 2005, les modules optiques 10GBASE-LX4 étaient moins chers que les modules optiques 10GBASE-LR. Le 10GBASE-LX4 était utilisé par les personnes souhaitant prendre en charge les MMF et les SMF avec un seul module optique. Le 10GBASE-LX4 est désormais une technologie obsolète et n'a plus de présence significative sur le marché.

Normes cuivre 10GbE

Le 10 GbE peut également fonctionner sur un câblage twinax, un câblage à paires torsadées et des fonds de panier.

10GBASE-CX4

La norme 10GBASE-CX4 a été la première norme cuivre 10G publiée par la norme 802.3 (802.3ak-2004). Elle utilise le PCS XAUI à 4 voies (Clause 48) et un câblage cuivre similaire à celui de la technologie InfiniBand. Elle est conçue pour fonctionner jusqu'à une distance de 15 m (49 pi). Chaque voie transporte une bande passante de signalisation de 3,125 Gbps. La norme 10GBASE-CX4 offre les avantages d'une faible consommation d'énergie, d'un faible coût et d'une faible latence, mais son format et ses câbles sont plus volumineux que la nouvelle norme SFP+ à voie unique, et sa portée est bien plus courte que celle de la fibre optique ou de la norme 10GBASE-T.

Connexion directe SFP+

Également connu sous les noms de 10GBASE-CU, 10GBase-CR ou 10GBase-CX1, le SFP+ Direct Attach utilise un assemblage de câbles twinax passifs et se connecte directement à un boîtier SFP+. Le SFP+ Direct Attach est doté d'un câble de longueur fixe, généralement de 3, 5 ou 7 m, et, comme le 10GBASE-CX4, il est faible consommation, économique et à faible latence. Il présente également l'avantage d'utiliser des câbles moins encombrants et de bénéficier du format compact du SFP+. Le SFP+ Direct Attach est aujourd'hui extrêmement populaire, avec plus de ports installés que le 10GBASE-SR.

Fond de panier

L'Ethernet fond de panier, également connu sous le nom de groupe de travail 802.3ap, est utilisé dans les applications de fond de panier telles que les serveurs lames et les routeurs/commutateurs dotés de cartes de ligne évolutives. Les implémentations 802.3ap doivent fonctionner dans un environnement comprenant jusqu'à 1 mètre (39 pouces) de circuit imprimé en cuivre avec deux connecteurs. La norme définit deux types de ports pour 10 Gbit/s (10GBASE-KX4 et 10GBASE-KR) et un type de port 1 Gbit/s (1000BASE-KX). Elle définit également une couche optionnelle pour la correction d'erreurs (FEC), un protocole d'autonégociation de fond de panier et l'apprentissage de liaison pour 10GBASE-KR, où le récepteur peut définir un égaliseur de transmission à trois points. Le protocole d'autonégociation permet de choisir entre les modes de fonctionnement 1000BASE-KX, 10GBASE-KX4, 10GBASE-KR ou 40GBASE-KR4. 40GBASE-KR4 est défini dans 802.3ba.

Les nouvelles conceptions de fond de panier utilisent 10GBASE-KR plutôt que 10GBASE-KX4.

10GBASE-KX4

Il fonctionne sur quatre voies de fond de panier et utilise le même codage de couche physique (défini dans la clause 48 de la norme IEEE 802.3) que 10GBASE-CX4.

10GBASE-KR

Il fonctionne sur une seule voie de fond de panier et utilise le même codage de couche physique (défini dans la clause 49 de la norme IEEE 802.3) que 10GBASE-LR/ER/SR.

10GBASE-T

10GBASE-T, ou IEEE 802.3an-2006, est une norme publiée en 2006 pour fournir des connexions 10 Gbit/s sur des câbles à paires torsadées blindées ou non blindées, sur des distances allant jusqu'à 100 mètres (330 pieds).[18] L'infrastructure de câble 10GBASE-T peut également être utilisée pour 1000BASE-T permettant une mise à niveau progressive à partir de 1000BASE-T en utilisant l'autonégociation pour sélectionner la vitesse à utiliser. 10GBASE-T a une latence de l'ordre de 2 à 4 microsecondes contre 1 à 12 microsecondes sur 1000BASE-T. En 2010, le silicium 10GBASE-T est disponible auprès de plusieurs fabricants avec une dissipation de puissance revendiquée de 3 à 4 W pour des largeurs de structure de 40 nm. et avec 28 nm en développement, la puissance continuera de baisser.

La norme 10GBASE-T utilise les connecteurs 8P8C IEC 60603-7 (communément appelés RJ45), déjà largement utilisés avec Ethernet. Les caractéristiques de transmission sont désormais spécifiées jusqu'à 500 MHz. Pour atteindre cette fréquence, des câbles à paires torsadées de catégorie 6A ou mieux, conformes à la norme ISO/IEC 11801 amendement 2 ou à la norme ANSI/TIA-568-C.2, sont nécessaires pour transporter la norme 10GBASE-T jusqu'à 100 m. Les câbles de catégorie 6 peuvent transporter la norme 10GBASE-T sur des distances plus courtes, sous réserve de conformité aux normes ISO TR 24750 ou TIA-155-A.

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