Le développement des technologies Ethernet

L'application réseau la plus mature et la plus répandue est Ethernet. Au cours des 25 dernières années, malgré la concurrence acharnée des architectures réseau plus modernes, Ethernet a connu un essor considérable. Au cours des dix dernières années seulement, Ethernet a été mis à jour pour prendre en charge des débits de 100 Mbit/s, 1 Gbit/s (environ 1 000 Mbit/s) et 10 Gbit/s. Les débits Ethernet 40 et 100 Gigabits sont actuellement en cours de normalisation au sein du comité IEEE 802.3b. Ces débits seront déployés sur fibre optique sur 100 mètres ou plus, et les recherches progressent pour les rendre disponibles sur UTP sur des distances allant jusqu'à 10 mètres. Cet article présente le développement des technologies Ethernet.

Systèmes Ethernet 10 Mbps

La première norme Ethernet (Ethernet II) fonctionnait à un débit de 10 Mbit/s. Les passages suivants décrivent la technologie utilisée à cette époque.

10Base-5

La première version d'Ethernet utilisait un câble coaxial rigide appelé câble Ethernet standard, plus communément appelé thicknet. Si ce type de câble était complexe à utiliser (car peu flexible et complexe à installer et à connecter des nœuds), il était fiable et offrait une longueur de câble utilisable de 500 mètres. On trouve encore des systèmes 10Base-5 dans les installations plus anciennes, généralement utilisés comme câbles de base, mais il n'y a pratiquement plus de raison d'installer un nouveau système 10Base-5 aujourd'hui.

10Base-T 

10Base-T signifie Ethernet 10 Mbit/s sur un câble à paires torsadées non blindées. La longueur maximale du câble (du périphérique réseau à la carte réseau) est de 100 mètres. L'Ethernet 10Base-T est moins répandu aujourd'hui et a été supplanté par le 100Base-T. Bien que le 10Base-T n'utilise que deux paires sur un câble à quatre paires, les huit broches doivent être correctement connectées en prévision des futures mises à niveau ou d'autres architectures réseau.

10Base-F 

Les spécifications pour l'utilisation d'Ethernet sur  fibre optique  existaient déjà au début des années 1980. À l'origine, la fibre optique servait simplement à connecter des répéteurs dont la distance de séparation dépassait les limites du câble à fibres optiques. La spécification initiale, appelée Fiber-Optic Inter-Repeater Link (FOIRL), décrivait la liaison de deux répéteurs par fibre optique jusqu'à 1 000 mètres (3 280 pieds) de longueur. Le coût des répéteurs et du câblage à fibre optique a fortement chuté au cours des années 1980, et la connexion directe d'ordinateurs individuels au concentrateur par fibre optique est devenue plus courante. À l'origine, la spécification FOIRL n'était pas conçue pour des ordinateurs individuels ; l'IEEE a donc développé une série de spécifications pour les supports à fibre optique. Ces spécifications sont collectivement connues sous le nom de 10Base-F. Il est rare aujourd'hui d'utiliser la fibre optique à des débits aussi faibles.

10Base-2 

Le 10Base-2 reste un excellent moyen de connecter un petit nombre d'ordinateurs dans un espace restreint, comme un bureau, une salle de classe ou un laboratoire. L'Ethernet 10Base-2 utilise un câble coaxial fin (RG-58/U ou RG-58 A/U) pour connecter les ordinateurs entre eux. Ce câble coaxial fin est également appelé thinnet.

Systèmes Ethernet 100 Mbps

La version 100 Mbps de 802.3 Ethernet spécifie un certain nombre de méthodes différentes de câblage d'un système Fast Ethernet, notamment 100Base-TX, 100Base-T4 et 100Base-FX.

100Base-TX 

La spécification 100Base-TX utilise les spécifications de support physique développées par l'ANSI, initialement définies pour FDDI (spécification ANSI X3T9.5) et adaptées au câblage à paires torsadées . La spécification 100Base-TX nécessite un câblage de catégorie 5e ou supérieure, mais n'utilise que deux des quatre paires. La prise modulaire à huit positions (RJ-45) utilise les mêmes numéros de broches que l'Ethernet 10Base-T.

100Base-T4

La spécification 100Base-T4 a été développée dans le cadre de la spécification 100Base-T afin que les systèmes existants conformes à la catégorie 3 puissent également prendre en charge Fast Ethernet. Les concepteurs atteignent un débit de 100 Mbit/s sur un câblage de catégorie 3 en utilisant les quatre paires de fils ; la spécification 100Base-T4 requiert au moins un câble de catégorie 3. Cette exigence facilite la migration vers la technologie 100 Mbit/s.

100Base-FX 

Comme son homologue cuivre 100Base-TX, le 100Base-FX utilise une spécification de support physique développée par l'ANSI pour FDDI. La spécification 100Base-FX a été développée pour permettre l'utilisation d'Ethernet 100 Mbit/s sur fibre optique. Bien que le câblage soit en étoile, le 100Base-FX repose sur une architecture en bus.

Gigabit Ethernet (1000 Mbps)

L'Ethernet 1000 Mbit/s était uniquement pris en charge par fibre optique. La spécification IEEE 802.3z prenait en charge trois options de supports physiques (PHY), chacune conçue pour supporter des distances et des types de communication différents :

1000Base-SX

Destiné aux dorsales intra-bâtiments et aux applications de câblage horizontal telles que les postes de travail et autres nœuds de réseau, 1000Base-SX est conçu pour fonctionner avec un câble à fibre optique multimode à la longueur d'onde de 850 nm.

1000Base-LX

Conçu pour prendre en charge le câblage de type dorsale, tel que les dorsales de campus inter-bâtiments, le 1000Base-LX est destiné aux câbles à fibre optique monomode à 1310 nm, bien que la fibre multimode puisse être utilisée pour les dorsales inter-bâtiments courtes et les applications de câblage intra-bâtiment.

1000Base-CX

Conçue pour prendre en charge l'interconnexion de clusters d'équipements, cette spécification utilise un câblage STP 150 ohms similaire au câblage IBM Type 1 sur des distances ne dépassant pas 25 mètres. Pour le câblage Gigabit Ethernet par fibre optique, il est conseillé de respecter les normes ANSI/TIA-568-C pour la fibre multimode 62,5/125 microns ou 50/125 microns pour le câblage horizontal et la fibre monomode 8,3/125 microns pour le câblage dorsal. Voir le tableau 6 de l'annexe D de la norme ANSI/TIA-568-C.0.

1000Base-T

Gigabit Ethernet sur câble UTP de catégorie 5 ou supérieure, lorsque l'installation a réussi les tests de performance spécifiés par la norme ANSI/TIA/EIA-568-B. La distance maximale entre la prise de l'équipement et le commutateur est de 100 mètres. L'IEEE a conçu la norme 1000Base-T pour prendre en charge le Gigabit Ethernet jusqu'aux postes de travail. L'un des principaux objectifs de conception était de prendre en charge le câblage de catégorie 5 existant .

Ethernet 10 Gigabit (10 000 Mbps)

L'IEEE a approuvé la première spécification Gigabit Ethernet en juin 2002 : IEEE 802.3ae. Elle définit une version d'Ethernet avec un débit nominal de 10 Gbit/s. Au fil des ans, les normes 802.3 suivantes relatives au 10 GbE ont été publiées : 802.3ae-2002 (dispositifs dépendants du support physique [PMD] fibre optique -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 -KR et -KX4) et 802.3aq-2006 (PMD -LRM sur fibre multimode existante -LRM avec compensation de dispersion électronique [EDC]). Les amendements 802.3ae-2002 et 802.3ak-2004 ont été regroupés dans la norme IEEE 802.3-2005. Cette dernière et les autres amendements ont été regroupés dans la norme IEEE 802.3-2008. Dans les locaux, le 10 Gigabit Ethernet est principalement utilisé pour les serveurs de stockage des centres de données, les serveurs hautes performances et, dans certains cas, pour les backbones intra-bâtiments. Il permet une connexion directe au bureau.

10GBASE-SR

La technologie 10GBASE-SR (courte portée) utilise des lasers VCSEL 850 nm sur des fibres multimodes. Les fibres multimodes 62,5/125 microns (OM1) et 50/125 microns (OM2) à faible bande passante supportent des distances limitées de 33 à 82 mètres. Pour couvrir 300 mètres, l'industrie de la fibre optique a développé une version à bande passante plus élevée de la fibre 50/125 microns, optimisée pour une utilisation à 850 nm.

10GBASE-LR 

La technologie 10GBASE-LR (longue portée) utilise des lasers de 1310 nm pour transmettre sur fibre monomode jusqu'à 10 kilomètres. Les lasers Fabry-Pérot sont couramment utilisés dans les modules optiques 10GBASE-LR. Ils sont plus coûteux que les VCSEL de 850 nm, car ils nécessitent une précision et des tolérances suffisantes pour focaliser sur des cœurs monomodes de très petit diamètre (8,3 microns). Les ports 10GBASE-LR sont généralement utilisés pour les communications longue distance.

10GBASE-LX4

La norme 10GBASE-LX4 utilise le multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM) pour couvrir 300 mètres sur un câblage fibre multimode standard à faible bande passante 62,5/125 microns (OM1) et 50/125 microns (OM2). Ce résultat est obtenu grâce à quatre sources laser distinctes fonctionnant à 3,125 Gbit/s dans la plage de 1 300 nm sur des longueurs d'onde spécifiques. Cette norme prend également en charge 10 kilomètres sur fibre monomode. La norme 10GBASE-LX4 permet de prendre en charge à la fois la fibre multimode standard et la fibre monomode avec un seul module optique. L'utilisation de la fibre multimode standard nécessite un cordon de brassage de conditionnement de mode coûteux. Ce cordon est une courte longueur de fibre monomode connectée à la fibre multimode de manière à éloigner le faisceau du défaut central de la fibre multimode traditionnelle. Comme la norme 10GBASE-LX4 utilise quatre lasers, elle est plus coûteuse et plus encombrante que la norme 10GBASE-LR. Pour réduire l'empreinte du 10GBASE-LX4, un nouveau module, 10GBASE-LRM, a été standardisé en 2006.

10GBASE-LRM

La norme 10GBASE-LRM (multimode longue portée) prend en charge des distances allant jusqu'à 220 mètres sur des fibres standard à faible bande passante de 62,5/125 microns (OM1) et 50/125 microns (OM2) utilisant un laser 1310 nm. Des cordons de brassage de conditionnement de mode coûteux peuvent également être nécessaires sur les fibres standard. La portée de la norme 10GBASE-LRM est inférieure à celle de l'ancienne norme 10GBASE-LX4. Cependant, on espère que les modules 10GBASE-LRM seront moins coûteux et consommeront moins d'énergie que les modules 10GBASE-LX4. (Ils resteront néanmoins plus chers que la norme 10GBASE-SR.)

10GBASE-T

La norme 10GBASE-T prend en charge 10 Gbit/s sur des câbles à paires torsadées blindées UTP de catégorie 6A ou de catégorie 7 (conformément à la norme ISO/IEC 11801Ed. 2) sur des distances de 100 mètres. La catégorie 5e est prise en charge sur des distances beaucoup plus courtes en raison de sa bande passante limitée. Une attention particulière doit être portée à l'installation des câbles de catégorie 6A afin de minimiser la diaphonie exogène sur les performances du signal.

Ethernet 40 et 100 Gigabit

100 Gigabit Ethernet (100GbE) et 40 Gigabit Ethernet (40GbE) sont des groupes de technologies de réseaux informatiques permettant la transmission de trames Ethernet à des débits respectifs de 100 et 40 gigabits par seconde. Cette technologie a été initialement définie par la norme IEEE 802.3ba-2010. Elle sera déployée sur fibre optique multimode OM3 50/125 sur 100 à 200 mètres, et les recherches progressent pour la rendre disponible sur UTP sur des distances allant jusqu'à 10 mètres. Ce pourrait être le point de basculement massif du cuivre vers les systèmes à fibre optique.

Conclusion

Ethernet est devenu la technologie unificatrice permettant les communications via Internet et d'autres réseaux utilisant IP. Sa popularité a donné naissance à un écosystème complexe entre les réseaux d'opérateurs, les centres de données, les réseaux d'entreprise et les consommateurs, avec une relation symbiotique entre les différents éléments. Bien que symbiotiques par nature, les différentes applications de l'écosystème Ethernet se développent à des rythmes différents : les applications serveur et informatiques progressent moins vite que les applications d'agrégation de réseaux. Cette divergence de taux de croissance a favorisé l'introduction de deux débits supérieurs pour la prochaine génération d'Ethernet : 40 Gigabit Ethernet pour les applications serveur et informatiques et 100 Gigabit Ethernet pour les applications d'agrégation de réseaux. Grâce à son faible coût, sa fiabilité et sa simplicité éprouvées, Ethernet continuera ainsi d'évoluer et de devenir la connexion omniprésente pour le trafic Internet.